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昆特管

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昆特1866年在物理年鉴发表的论文。表示昆特的管装置(上图6、7)和使用的粉(图1、2、3、4)。

昆特管是一种声学实验装置,在1866年由德国物理学家奥古斯都·昆特英语August Kundt[1][2]发明,用于测量气体或固体杆中的声速。 现在一般用它来展示驻波和声压。

工作原理

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昆特管是一个含有少量细微粉末的透明水平管,这些粉末可以是软木灰滑石粉或石松粉,现在也常用液体(如水或煤油)来实现。[3]在管的一端是一个单一频率的声源(一个纯音),昆特当时使用的是一个金属棒共鸣器,通过摩擦它引起震动发出声响,但是现在通常使用一个产生正弦波信号发生器,并连接一个扬声器。管的另一端被一个活塞锁定,它可用于调整管的长度。

首先打开发声器并调节活塞,使管中的声音突然变得更响。此时昆特管正在共振,即从管一端出发的入射波,和被另一端反射得到的反射波,之间相差了波长的整数倍。此时,管的长度等于整数个半波长,两列声波叠加为驻波振幅为零的点以一定的空间间隔沿管排列,称为波节英语Node (physics),此处空气较平静,粉末漂浮在流动空气中或沉降下来。 而振幅最大的点处于两波节之间,称为波腹,此处粉末会大幅振动。相邻波节(或波腹)之间的距离是半个波长。通过测量这个距离,可以求得声波波长λ。如果已知频率f,可以求得空气中的声速u:

更精确的说,粉末的运动实际上是受声流英语Acoustic streaming影响,而这些声流是由声波与管内表面空气的边界层相互作用引起。[4]

参见

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参考文献

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  1. ^ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen. Annalen der Physik (Leipzig: J. C. Poggendorff). 1866, 127 (4): 497–523 [2009-06-25]. Bibcode:1866AnP...203..497K. doi:10.1002/andp.18662030402. (原始内容存档于2014-01-02) (德语). 
  2. ^ Kundt, August. Acoustic Experiments. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. Vol. 35 no. 4 (UK: Taylor & Francis,). January–June 1868: 41–48 [2009-06-25]. 
  3. ^ Poynting, John Henry; Thomson, J. J. A Textbook of Physics: Sound 3rd. London: Charles Griffin & Co. 1903: 115–117. 
  4. ^ Faber, T. E. Fluid Dynamics for Physicists. UK: Cambridge University Press. 1995: 287. ISBN 0-521-42969-2. 

拓展阅读

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  • Hortvet, J. (1902). A manual of elementary practical physics. Minneapolis: H.W. Wilson. Page 119+.