Whistle Physics (Română)

Să considerăm fluierul de tip specific afișat în întrebare.

Când suflăm fluierul, aerul este forțat să iasă afară prin deschiderea îngustă. Debitul de aer din centrul râului este semnificativ mai rapid decât aerul vecin din apropierea râului principal. Dacă fluxul de aer este deviat cu ușurință (instabil), sunt generate vortexuri. Dacă același lucru se întâmplă în mod repetat, vor fi generate mai multe vortexuri cu proprietăți similare. Aceste vortexuri fac ca presiunea aerului să varieze periodic, de aceea se produce undă sonoră. Frecvența acestei unde sonore este legată de viteza la care sunt vărsate vartejurile. Deoarece procesul este destul de haotic, se produc multe rate sau frecvențe diferite la un moment dat.

După cum puteți vedea în imagine, fluxul este împărțit în două părți. O parte care iese din deschidere și cealaltă parte rămâne în interior. Unda sonoră prinsă în interior va interfera una cu cealaltă. Dacă frecvența sunetului nu se potrivește cu oricare dintre frecvențele de rezonanță ale camerei, undele vor interfera distructiv și vor dispărea rapid. Cu toate acestea, dacă frecvența se potrivește cu frecvența de rezonanță a cavității, amplitudinea undei va crește orele suplimentare. Rata de creștere a voinței scade pe măsură ce amplitudinea se acumulează. În cele din urmă va ajunge la o stare stabilă. În acest moment amplitudinea undei sonore este suficient de puternică încât sunetul devine foarte audibil. Unda sonoră iese din gaură, se dispersează puternic și ajunge în cele din urmă la urechile noastre.

Unele fluiere au o mică bilă care ricoșează în jurul cavității. Mingea schimbă forma cavității și în același timp frecvențele rezonante. Astfel, ne permite să auzim o gamă mai largă de frecvență a sunetului.

Comentarii

• ” Dacă aerul fluxul este ușor deviat (instabil), sunt generate vortexuri. Dacă același lucru se întâmplă în mod repetat, vor fi generate mai multe vortexuri cu proprietăți similare. Aceste vortexuri fac ca presiunea aerului să varieze periodic, astfel încât se produce unda sonoră. ” +1; Aceasta este partea cheie despre care ‘ mă întreb. Puteți clarifica cum se întâmplă acest lucru pentru un răspuns acceptat? Este legat acest lucru de vărsarea vortexului? Nu pot ‘ să imaginez exact modul în care este configurată o schimbare periodică.
• Da, este un fel de vărsare. Poate că asta căutați? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
• Acea legătură este acum ruptă; fotografii pot fi găsite în continuare aici . Știți unde este videoclipul?
• Aceasta a fost explicația general acceptată înainte de a fi posibil să măsurați comportamentul sistemului de producere a sunetului în detalii suficiente, dar consultați newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… pentru un tratament matematic al explicației actuale – sau citiți răspunsul meu de mai jos pentru o versiune non-matematică.
• Este posibil să măsurați viteza de curgere în interiorul fluierului cu microfon?

Aceste lucruri funcționează de obicei prin feedback care determină modificări de presiune, care determină apoi redirecționarea fluxului original, care are apoi efectul opus asupra presiunii etc.

Acest lucru este mai simplu de gândit atunci când se ia în considerare un fluier de minge obișnuit, așa cum au de obicei antrenorii și arbitrii sportivi. Partea în care suflați are un slot subțire, care face ca o foaie de aer laminar să sufle peste o deschidere, dar care continuă apoi în partea rotundă. Cu toate acestea, nu există altă deschidere în partea rotundă, așa că în cele din urmă presiunea se acumulează și această presiune „rupe” foaia laminară care a „acoperit” deschiderea. Acest lucru permite presiunii să se elibereze prin deschidere, care, de asemenea, redirecționează aerul din duză pentru a nu intra în partea rotundă. Presiunea din fluier scade apoi, foaia laminară se poate re-forma sau relua debitul original neridirecționat, ceea ce face ca presiunea să se acumuleze din nou etc. etc. necesar pentru a face sunet. Acesta rupe periodic procesul de mai sus, modulând în mod eficient frecvența fluierului la o frecvență mult mai mică.Nu sunt sigur de ce se face exact acest lucru, dar cred că sunetul cu mingea este mai interesant sau atrage atenția sau este mai ușor de localizat pentru oameni.

Comentarii

• Cred că știam acest lucru la un moment dat, dar uitasem. Vă mulțumim că mi-ați reamintit. Acesta nu este ‘ t genul de fluier despre care mă întrebam în mod specific, dar +1 pentru ajutor!

A existat o nesfârșită confuzie cu privire la modul în care funcționează cu adevărat acest tip de fluier. Dacă investigați tiparul de flux, vedeți tipul de tipare de vortex în imaginea dvs., dar asta nu înseamnă neapărat că vortexurile provoacă sunetul. De fapt, inversul este adevărat – sunetul provoacă vârtejuri!

Explicația de bază (care se aplică și țevilor de organe și instrumentelor muzicale precum fluierul de tablă și înregistratorul) depinde de principiul lui Bernouilli. Este mai simplu să te gândești să scoți un sunet suflând peste capătul deschis al unei sticle, deoarece partea „pipă” a fluierului este cu adevărat aceeași cu sticla îndoită la 90 de grade. Important este să nu sufli „în țeavă”, ci să sufli „peste orificiul de la capătul conductei”.

Când sufli peste o sticlă, presiunea din aerul în mișcare fluxul de aer este scăzut, iar o parte din aer este „aspirată” din sticlă în fluxul de aer de joasă presiune.

Cu toate acestea, aerul suplimentar care fuzionează în fluxul de aer îndoaie fluxul de aer departe de gura sticlei, ceea ce reduce cantitatea de „aspirație”.

Aerul în interior sticla are o frecvență naturală de vibrații, care depinde de mărimea și forma sticlei. Această vibrație este excitată de schimbarea bruscă a presiunii la gura sticlei și, după o jumătate de ciclu de vibrație, acționează pentru a aspira puțin aer înapoi în sticlă. Aceasta atrage fluxul de aer pe care îl suflați pe sticlă înapoi spre gura sticlei, iar ciclul se repetă.

Parametrul critic aici este timpul necesar curgerii fluxului de aer suflat gura sticlei , comparativ cu timpul pentru un ciclu de vibrații al aerului din sticlă. Dacă cele două intervale de timp au relația corectă, oscilațiile se pot acumula în amplitudine. Aceasta explică de ce, dacă suflați ușor (viteză mică), nu produceți deloc sunet și, dacă suflați treptat mai tare, brusc sunetul începe. În funcție de geometria întregului sistem, dacă suflați foarte tare, sunetul poate „sări” la o frecvență mai mare diferită. De fapt, este posibil să reglați o conductă de organ, astfel încât să producă succesiv un sunet cu 3 sau 4 pasuri diferite, în funcție de presiunea vântului (și, prin urmare, de viteza aerului) folosită pentru a o sufla.

Vârtejurile sunt pur și simplu produse secundare ale fluxului de aer oscilant care lovește marginea gurii sticlei.

Explicațiile „greșite” pleacă de la observația corectă că simpla suflare a unui jet de aer printr-o duză poate produce un model de vortexuri, care se pot repeta la o frecvență determinată. Dar pentru geometria și presiunea de suflare a unui fluier tipic, frecvența acelui model de vortex (dacă există) este foarte diferită de frecvența sunetului produs de fluier și este greu să inventezi un motiv bun pentru care vârtejurile ar trebui să provoace sunetul.

Aerul dintr-o cameră rezonează ca un izvor: Are masă și se întoarce înapoi atunci când este comprimat sau decomprimat. Când aerul este suflat peste deschidere și ușor în jos, va împinge aerul din interior în jos & va provoca o perturbare care va provoca aerul înăuntru, pentru a începe să rezoneze. Pe măsură ce rezonează în jos, deviază fluxul de aer înspre deschidere, împingând mai mult aerul în jos. Pe măsură ce aerul din interior se întoarce înapoi, deviază fluxul de aer în sus, deci nu mai împinge în jos. De asemenea, trage aerul din interior prin efectul Bernoulli, ajutând la tragerea aerului din interior. Orice vortex format este incident.