Fisica del fischietto

Consideriamo il tipo specifico di fischietto mostrato nella domanda.

Quando suoniamo il fischio, laria è costretta a fluire attraverso lapertura stretta. Il flusso daria al centro del flusso è significativamente più veloce dellaria vicina vicino al flusso principale. Se il flusso daria è facilmente deviato (instabile), vengono generati vortici. Se la stessa cosa accade ripetutamente, verranno generati molti più vortici con proprietà simili. Questi vortici fanno variare la pressione dellaria in modo periodico, quindi viene prodotta unonda sonora. La frequenza di questa onda sonora è correlata alla velocità con cui i vortici vengono emessi. Poiché il processo è piuttosto caotico, vengono prodotte molte velocità o frequenze diverse contemporaneamente.

Come puoi vedere nellimmagine, il flusso è diviso in due parti. Una parte che esce dallapertura e laltra parte rimane allinterno. Londa sonora intrappolata allinterno interferirà tra loro. Se la frequenza del suono non corrisponde a nessuna delle frequenze di risonanza della camera, le onde interferiranno in modo distruttivo e svaniranno rapidamente. Tuttavia, se la frequenza corrisponde alla frequenza di risonanza della cavità, lampiezza dellonda aumenterà nel tempo. La velocità di aumento diminuirà allaumentare dellampiezza. Alla fine raggiungerà uno stato stazionario. A questo punto lampiezza dellonda sonora è abbastanza forte che il suono diventa molto udibile. Londa sonora esce dal buco, si disperde fortemente e alla fine raggiunge le nostre orecchie.

Alcuni fischietti fanno rimbalzare una pallina allinterno della cavità. La sfera cambia la forma della cavità e allo stesso tempo le frequenze di risonanza. In questo modo ci consente di ascoltare una gamma più ampia di frequenze del suono.

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• ” Se laria flusso è facilmente deviato (instabile), vengono generati vortici. Se la stessa cosa accade ripetutamente, verranno generati molti più vortici con proprietà simili. Questi vortici fanno variare la pressione dellaria in modo periodico, quindi viene prodotta unonda sonora. ” +1; Questa è la parte fondamentale di cui ‘ chiedo. Puoi chiarire come ciò accade per una risposta accettata? È correlato alla perdita di vortici? Non riesco ‘ a immaginare esattamente come viene impostato un cambiamento periodico.
• Sì, è una sorta di distacco di vortici. Forse è questo quello che stai cercando? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
• Il collegamento ora è interrotto; le immagini fisse sono ancora disponibili qui . Sai dove si trova il video?
• Questa era la spiegazione generalmente accettata prima che fosse possibile misurare il comportamento del sistema di produzione del suono in modo sufficientemente dettagliato, ma vedi newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… per una trattazione matematica della spiegazione corrente – o leggi la mia risposta qui sotto per una versione non matematica.
• È possibile misurare la velocità del flusso allinterno del fischietto con il microfono?

Queste cose di solito funzionano in base al feedback che provoca cambiamenti di pressione, che poi fa sì che il flusso originale venga reindirizzato, che poi ha leffetto opposto sulla pressione, ecc.

È più semplice pensare a questo quando si considera un comune fischio di palla, come di solito fanno gli allenatori atletici e gli arbitri. La parte in cui soffi ha una fessura sottile, che fa soffiare un foglio daria laminare attraverso unapertura, ma che poi continua nella parte rotonda. Tuttavia, non cè nessunaltra apertura nella parte rotonda, quindi alla fine la pressione si accumula e questa pressione “rompe” il foglio laminare che in qualche modo “copre” lapertura. Ciò consente il rilascio della pressione attraverso lapertura, che reindirizza anche laria dallugello per non entrare nella parte tonda. La pressione nel fischio quindi diminuisce, il foglio laminare può riformarsi o riprendere il suo flusso originale non reindirizzato, il che fa sì che la pressione si accumuli di nuovo, ecc.

La palla allinterno del fischio non è “t necessario per la produzione del suono, interrompe periodicamente il processo di cui sopra, modulando efficacemente la frequenza del fischio a una frequenza molto più bassa.Non sono sicuro del motivo per cui esattamente questo viene fatto, ma penso che il suono con la palla sia più interessante o che attiri lattenzione o sia più facile da localizzare per gli umani.

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• Penso di averlo saputo a un certo punto, ma me ne ero dimenticato. Grazie per avermelo ricordato. Questo non è ‘ il tipo di fischio di cui chiedevo specificamente, ma +1 per laiuto!

Cè stata una confusione infinita su come funziona davvero questo tipo di fischietto. Se esamini il modello di flusso, vedi il tipo di modelli di vortici nella tua immagine, ma questo non significa necessariamente che i vortici causano il suono. In effetti è vero il contrario: il suono causa i vortici!

La spiegazione di base (che si applica anche a canne dorgano e strumenti musicali come il fischietto di latta e il flauto dolce) dipende dal principio di Bernouilli. È più semplice pensare di emettere un suono soffiando sopra lestremità aperta di una bottiglia, perché la parte “tubo” del fischietto è in realtà la stessa della bottiglia piegata di 90 gradi. Limportante non è che soffi “nel tubo”, ma che soffi “attraverso il foro allestremità del tubo”.

Quando soffi attraverso una bottiglia, la pressione nellaria in movimento il flusso diminuisce e un po daria viene “risucchiata” dalla bottiglia nel flusso daria a bassa pressione.

Tuttavia, laria in eccesso che si fonde con il flusso daria piega il flusso daria lontano dalla bocca della bottiglia, riducendo la quantità di “aspirazione”.

Laria allinterno la bottiglia ha una frequenza di vibrazione naturale, che dipende dalle dimensioni e dalla forma della bottiglia. Questa vibrazione è eccitata dallimprovviso cambiamento di pressione allimboccatura della bottiglia, e dopo mezzo ciclo di vibrazione agisce per risucchiare un po daria nella bottiglia. Ciò riporta il flusso daria che soffi attraverso la bottiglia verso la bocca della bottiglia e il ciclo si ripete.

Il parametro critico qui è il tempo impiegato dal flusso daria soffiato per attraversare la bocca della bottiglia , rispetto al tempo di un ciclo di vibrazione dellaria allinterno della bottiglia. Se i due intervalli di tempo hanno la relazione corretta, le oscillazioni possono accumularsi in ampiezza. Questo spiega perché se soffi delicatamente (bassa velocità), non produci alcun suono e se soffi gradualmente più forte, improvvisamente il suono inizia. A seconda della geometria dellintero sistema, se soffi molto forte il suono potrebbe “saltare” a una frequenza più alta diversa. Infatti è possibile regolare una canna dorgano in modo che produca successivamente un suono a 3 o 4 altezze differenti, a seconda della pressione del vento (e quindi della velocità dellaria) usata per soffiarlo.

I vortici sono semplicemente sottoprodotti del flusso daria oscillante che colpisce il bordo della bocca della bottiglia.

Le spiegazioni “sbagliate” partono dalla corretta osservazione che semplicemente soffiando un getto daria attraverso un ugello può produrre un modello di vortici, che può ripetersi a una frequenza definita. Ma per la geometria e la pressione del suono di un tipico fischio, la frequenza di quel modello di vortice (se esiste) è molto diversa dalla frequenza del suono prodotto dal fischio, ed è difficile inventare una buona ragione per cui i vortici dovrebbero causare il suono.

Laria in una camera risuona come una molla: Ha massa e balza indietro quando viene compressa o decompressa. Quando laria viene soffiata attraverso lapertura e leggermente verso il basso, spinge laria allinterno verso il basso & causando un disturbo che causerà laria allinterno per iniziare a risuonare. Mentre risuona verso il basso, devia il flusso daria verso il basso nellapertura, spingendo laria verso il basso di più. Quando laria allinterno ritorna, devia il flusso daria verso lalto, quindi non spinge più verso il basso. Inoltre trascina laria dallinterno per effetto Bernoulli, aiutando a tirare laria allinterno. Eventuali vortici formati sono accidentali.