Whistle Physics (Norsk)

La oss se på den spesifikke fløyten som vises i spørsmålet.

Når vi blåser i fløyta, blir luft tvunget til å skynde seg ut gjennom den smale åpningen. Luftstrømmen i sentrum av strømmen er betydelig raskere enn naboluven nær hovedstrømmen. Hvis luftstrømmen lett avbøyes (ustabil), blir det virvler. Hvis det samme skjer flere ganger, vil mange flere virvler med lignende egenskaper bli generert. Disse vortexene forårsaker at lufttrykket varierer på en periodisk måte, så lydbølgen produseres. Hyppighetsfrekvensen til denne lydbølgen er relatert til hastigheten hvirvler blir kastet med. Siden prosessen er ganske kaotisk, produseres mange forskjellige hastigheter eller frekvenser om gangen.

Som du kan se på bildet, er strømmen delt i to deler. Den ene delen kommer ut av åpningen og den andre delen forblir inne. Lydbølge fanget inne vil forstyrre hverandre. Hvis lydfrekvensen ikke samsvarer med noen av kammerets resonansfrekvenser, vil bølgene forstyrre destruktivt og forsvinne raskt. Men hvis frekvensen samsvarer med resonansfrekvensen i hulrommet, vil bølgens amplitude øke overtid. Økningshastigheten vil avta etter hvert som amplituden bygger seg opp. Til slutt vil den nå en jevn tilstand. På dette tidspunktet er lydbølgens amplitude sterk nok til at lyden blir veldig hørbar. Lydbølgen kommer ut av hullet, blir spredt sterkt og når til slutt ørene våre.

Noen fløyter har en liten ball spretter rundt inne i hulrommet. Kulen endrer formen på hulrommet og samtidig resonansfrekvensene. Dermed tillater det oss å høre bredere spekter av lydfrekvens.

Kommentarer

• » Hvis luften strømmen avbøyes lett (ustabil), det blir generert virvler. Hvis det samme skjer flere ganger, vil mange flere virvler med lignende egenskaper bli generert. Disse hvirvelvirkningene får lufttrykket til å variere på en periodisk måte, så lydbølgen produseres. » +1; Dette er nøkkeldelen jeg ‘ jeg spør om. Kan du avklare hvordan dette skjer for et akseptert svar? Er dette relatert til virvelhull? Jeg kan ‘ ikke forestille meg nøyaktig hvordan en periodisk endring er satt opp.
• Ja, det er en slags virvelkasting. Kanskje dette er det du leter etter? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
• Denne lenken er nå brutt; stillbilder kan fremdeles finnes her . Vet du hvor videoen er?
• Dette var den allment aksepterte forklaringen før det var mulig å måle atferden til det lydproduserende systemet i tilstrekkelig detalj, men se newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… for en matematisk behandling av den nåværende forklaringen – eller les svaret mitt nedenfor for en ikke-matematisk versjon.
• Er det mulig å måle strømningshastigheten inne i fløyten med mikrofon?

Disse tingene fungerer vanligvis ved tilbakemelding som forårsaker trykkendringer, som deretter fører til at den originale strømmen blir omdirigert, noe som da har motsatt effekt på trykk osv.

Dette er enklere å tenke på når man vurderer en vanlig ballfløyte, slik atletiske trenere og dommere vanligvis har. Delen du blåser inn har en tynn spalte som gjør at et laminært ark av luft blåser over en åpning, men som deretter fortsetter inn i den runde delen. Imidlertid er det ingen annen åpning i den runde delen, så til slutt bygger trykket seg opp, og dette trykket «bryter» gjennom det laminære arket som slags «dekket» åpningen. Dette gjør at trykket kan slippe ut gjennom åpningen, som også leder luften fra dysen på nytt for ikke å gå inn i den runde delen. Trykket i fløyten synker så, det laminære arket kan omformes eller gjenoppta sin opprinnelige ikke-omdirigerte strømning, noe som får trykket til å bygge seg opp igjen, etc.

Kulen inne i fløyten er ikke «t nødvendig for å lage lyd. Det bryter periodisk opp prosessen ovenfor, og effektivt modulerer fløytefrekvensen med en mye lavere frekvens.Jeg er ikke sikker på hvorfor akkurat dette er gjort, men jeg tror lyden med ballen er mer interessant eller oppmerksomhet blir eller lettere for mennesker å lokalisere.

Kommentarer

• Jeg tror jeg hadde visst dette på et tidspunkt, men hadde glemt det. Takk for at du påminnet meg. Dette er ikke ‘ t den typen fløyte jeg spesifikt spurte om, men +1 for å hjelpe!

Det har vært uendelig forvirring om hvordan denne typen fløyter virkelig fungerer. Hvis du undersøker strømningsmønsteret, ser du den slags virvelmønstre i bildet ditt, men det betyr ikke nødvendigvis virvler forårsaker lyden. Det motsatte er faktisk sant – lyden forårsaker virvler!

Den grunnleggende forklaringen (som også gjelder orgelrør, og musikkinstrumenter som tinnfløyten og opptakeren) avhenger av Bernouillis prinsipp. «Enklere å tenke på å lage en lyd ved å blåse over den åpne enden av en flaske, fordi» pipedelen «av fløyta er egentlig den samme som flasken bøyd rundt 90 grader. Det viktige er ikke at du blåser «inn i røret», men at du blåser «over hullet på enden av røret».

Når du blåser over en flaske, er trykket i den bevegelige luften strømmen reduseres, og noe luft «suges ut» av flasken i lavtrykksluftstrømmen.

Den ekstra luften som smelter sammen i luftstrømmen bøyer imidlertid luftstrømmen vekk fra munnen på flasken, noe som reduserer mengden «sug.»

Luften inni flasken har en naturlig vibrasjonsfrekvens, som avhenger av størrelsen og formen på flasken. Denne vibrasjonen blir begeistret av den plutselige trykkendringen i flaskens munn, og etter en halv vibrasjonssyklus virker den for å suge litt luft tilbake inn i flasken. Det trekker luftstrømmen du blåser over flasken tilbake mot flaskens munn, og syklusen gjentas.

Den kritiske parameteren her er tiden det tar den blåste luftstrømmen å reise over munnen på flasken sammenlignet med tiden for en vibrasjonssyklus i luften inne i flasken. Hvis de to tidsintervallene har riktig forhold, kan svingningene bygge seg opp i amplitude. Dette forklarer hvorfor hvis du blåser forsiktig (lav hastighet), produserer du ingen lyd i det hele tatt, og hvis du gradvis blåser hardere, begynner lyden plutselig. Avhengig av geometrien til hele systemet, hvis du blåser veldig hardt, kan lyden «hoppe» til en annen høyere frekvens. Det er faktisk mulig å justere et orgelrør slik at det suksessivt vil produsere en lyd med 3 eller 4 forskjellige stigninger, avhengig av vindtrykket (og dermed lufthastigheten) som brukes til å blåse det.

Virvler er rett og slett biprodukter av den oscillerende luftstrømmen som treffer kanten av flaskemunnen.

De «gale» forklaringene starter fra riktig observasjon at det å bare blåse en luftstråle gjennom en dyse kan produsere et mønster av virvler, som kan gjenta seg med en bestemt frekvens. Men for geometrien og blåstrykket til en typisk fløyte, er frekvensen til det hvirvelmønsteret (hvis det i det hele tatt eksisterer) veldig forskjellig fra frekvensen til lyden som fløyten produserer, og det er vanskelig å finne på en god grunn til at virvlene skal forårsake lyden.

Luft i et kammer resonerer som en fjær: Den har masse og fjærer tilbake når den komprimeres eller dekomprimeres. Når luft blåses over åpningen og litt nedover, vil den skyve luften nedover & forårsake en forstyrrelse som vil føre til luften innsiden for å begynne å resonere. Når den resonerer ned, avbøyer den luftstrømmen ned i åpningen, og skyver luften mer ned. Når luften inni springer tilbake, avbøyer den luftstrømmen oppover, slik at den ikke lenger skyver ned. Den drar også luft vekk fra innsiden av Bernoulli-effekten, og hjelper til med å trekke luften opp. Eventuelle vortexer som dannes er tilfeldige.