Kundt-féle cső

A Kundt-féle csövet 1866-ban találta fel August Kundtnémet fizikus. Ez az eszköz egy olyan kísérleti berendezés, amely alkalmas hanghullámok sebességének mérésére különböző gázokban vagy szilárd rudakban. Napjainkban főleg didaktikai célokra használják, úgy mint állóhullámok láthatóvá tételére.

Szerkezete

A Kundt cső egy üveg hengerből és egy fémrúdból áll. Az üveghenger egyik végét mozgatható dugattyú zárja el. A másik, nyitott felén belógatva helyezkedik el a fémrúd, melynek végén ugyancsak dugattyú van. Ennek feladata a csőben levő levegő, vagy gázoszlop megrezegtetése. Fontos, hogy hangforrásként tiszta hangot kell használni, melynek elérésére a leggyakrabban használt módszerek a hossz irányú dörzsölés, vagy a rúd végéhez közel helyezett hangszóró és hozzácsatlakoztatott jelgenerátor.

Működése

Egy test levegőben vagy gázban való gyors mozgatása során nyomásváltozás lép fel az adott kőzegben, így az összenyomott levegő Δp-vel nagyobb nyomást fejt ki a környezetére. Ez a változás tovaterjed és hullámokat gerejszt a gázban. Mivel a hanghullám keletkezésekor a test (a fémrúd) periódikusan rezeg, ez a gáz sűrűségének és nyomásváltozásának a periodicitását eredményezi.A kinetikus gázelmélet szerint, ha egy gázban egymás mellett különböző nyomású területek vannak, az azt eredményezi, hogy a nagyobb nyomású térrészből annyi molekula vándorol át a kisebb nyomásúba, hogy az egyensúly újból létrejöjjön. A sűrű térrészből kiáramló molekulák így impulzust adnak át a szomszédos kisebb nyomású tartománynak. Az így keltett hullámok longitudinálisak. A hullámok megjelenésének látványosabbá tételéhez szoktak használni parafareszeléket. Ez a csomópontokban nyugalomban marad, míg a duzzadóhelyeken heves mozgást végez.

A terjedési sebesség meghatározásához a

$c=\lambda \nu$

összefüggést lehet használni, ahol a λ a hullámhossz, míg v a frekvencia.

Alkalmazások

A Kundt csövet főképp a hang különböző gázakban való terjedési sebességének vizsgálatára használták. Ez, az eszköz előtti mérésekhez képest jóval pontosabb eredményt szolgáltatott. A Kundt előtti módszer azon alapult, hogy hogy rezonancia esetén megmérték a cső hosszát, ami megközelítőleg egyenlő volt a fél hullámhossz többszörösével. A probléma a módszerrel az volt, hogy a hangforrás rezgő membránja valamivel a cső vége mögött található, így a cső hossza nem lesz pontosan a félhullámhossz többszöröse.

A Kundt cső arra is alkalmas, hogy a hangsebességet ne csak a gázban, de a rúd anyagában is meg lehessen határozni.

A középen befogott rúd igazából éppen a hullámhossz fele lesz, λ/2, így a hullám frekvenciájának ismeretében meghatározható a pálca anyagában is a hangsebesség.

$c'=\nu '\lambda '$ , ahol v' a hullám frekvenciája, λ' pedig a befogott pálca hosszának kétszerese

A csőben direkt méréssel megmérhetjük két szomszédos csomópont távolságát, mely ugyancsak λ/2 lesz. A hullám frekvenciájának ismeretében ismételten meghatározható a hullám sebessége a gázban.

$c=\nu \lambda$ , ahol v a frekvencia, λ a két szomszédos csomópont közti távolság duplája

Végezhetőek úgynevezett relatív mérések is, ahol nem szükséges ismerni a frekvenciát sem, mivel ugyanazt a rudat alkalmazva két különböző gázban végzünk méréseket, így akét sebesség aránya a hullámhosszak aránya lesz:

${\frac {c_{1}}{c_{2}}}={\frac {\lambda _{1}}{\lambda _{2}}}$

Lásd még

Más módszerek az állóhullámok láthatóvá tételéhez

Rubens' cső
Ernst Chladni kísérletezett hanghullámok lemezeken való megjelenítésésvel (Chladni-ábrák)

Kapcsolódó szócikk

Források

Budó Ágoston-Kísérleti fizika I, $102, $103, Tankönyvkiadó, Budapest, 1970

Farkas Zsuzsa, Hebling János-Fizikai laboratóriumi gyakorlatok, Szeged, JATEpress, 2001

Holics László-Fizika, Akadémiai Kiadó, Budapest, 2009, ISBN 978963 05 8487 6

[[Kategória:Fizika]] [[Kategória:Fizikai kísérletek]] [[Kategória:Hangtan]]