Stående bølger

Konstant energitilførsel er det der kendetegner den stående bølge. Der skal simpelthen hele tiden tilføjes energi eller bevægelse for at de kan opstå.

Stående bølger opstår på grund af konstruktiv og destruktiv interferens. Hvis en bølge sendes igennem en snor, vi bølgen returnerer når den rammer den ende hvor den er bundet fast. Bølgen der er på vej tilbage igen, kan så interfererer med en ny bølge på vej ind. Bølgetop og bølgetop giver konstruktiv interferens og bølgetop og bølgedal giver destruktiv.

Kigger vi på stående bølger/svinginger på en streng eller snor, der er bundet fast i den ene ene, og kan tilsluttes en vibrator i den anden, kan vi kigge på knudepunkter bug og top, og sågar måle bølgelængder og beregne hastigheden.

Ved at skrue op og ned på frekvensen på funktionsgeneratoren, kan du juster hvor mange knudepunkter, buge og toppe du har på snoren.

Man kan beregne bølgens hastiged med formlen herunder. Du kan måle bølgelængden med en lineal og se frekvensen på signalgeneratoren.

Frekvensen kan du aflæse på funktionsgeneratoren

Så i dette tilfælde er frekvensen 4*10 altså 40 Hz

Bølgelængden måler du med en lineal eller tommestok.

For eksemplets skyld siger vi at den er 24 cm.

Når man skriver det ind i formlen skal bølgelængden være i meter.

Hvis du vil regne det om til km/t skal du bare gange med 3,6

Prøv med jeres egne tal :-)

Her finder du en video med gennemgang af forsøget:

Demonstrations forsøg stående bølger. Vælg video 8.

Her finder du en youtube video der viser et godt eksempel på en gennemgang af emnet. OBS: C-niveau på gymnasiet ;-)

Der findes også stående bølger i lydens verden. I diverse musikinstrumenter bruger man stående bølger til at forstærke lyden fra de enkelte toner. I en guitar forstærker guitarens "kasse" lyden, fordi der opstår stående bølger også kaldet resonans inde i kassen. På en xylofon er det metalrørerne under tasterne og i en orgelpibe er det rørene der forstærker hver enkelt pibes lyd.

Når lydbølger går ind i et halvåbent rør, så rammer fortætningerne endevæggen, og kommer tilbage imod åbningen igen. Lige som med snoren, så opstår der konstruktiv og destruktiv interferrens, også selv om vi her taler om længdebølger.

Den konstruktive og destruktive interferens er lidt svær at illustrerer da vi har med længdebølger at gøre. Men man vil få luftmolekylerne til at svinge kraftigere i mundingen af røret. Man kan få rørets grundtone ved en rørlængde der er lig en kvart bølgelængde. Man kan tegne det som en graf over hvor meget luftmolekylerne bevæger sig den ene og den anden vej, og det er det man gør når man tegner stående bølger i et rør som tværbølger... også selv om det er længdebølger.

Herunder kan du se forskellen på hvornår der opstår resonans i rør. Det handler om at der skal opstå konstruktiv interferens i rørets åbning/åbninger. De øverste halvåbne rør resonerer på samme måde som kuntzrøret i vores forsøg med lydens hastighed. Rørene til venstre er første resonans (grundtonen), i midten første overtone og til højre 2. overtone.

I et halvåbent rør som du skal arbejde mest med, opstår første resonans ved en kvart bølgelængde. Anden resonans ved en kvart plus en halv bølgelængde, og 3. resonans ved en kvart + en hel bølgelængde.

I det åbne rør sker det ved halv bølgelængde, hel bølgelængde og halvanden bølgelængde.

I det åbne rør er det lidt sværere at forstå hvorfor der kan opstå stående bølger, når røret ikke har en endevæg lyden kan reflekterer på. Det der egentlig sker er at når lydbølgen passerer igennem røret og ud i den anden ende, opstår der et undertryk. Dette undertryk forplanter sig tilbage igennem røret og skaber derved en "modsat" bølge. Denne bølge bevæger sig altså i modsatte retning og er det den næste bølge kan interferrer med. 

Er man yderligere interesseret kan man kigge på (Siderne er på engelsk)

http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/flutes.v.clarinets.html#time

http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/StandingWaves/StandingWaves.html

Der er desuden en meget grundig forklaring på youtube (også på engelsk)

Herunder kan du se hvilke formler man kan bruge til at beregne længden af streng eller rør for at opnå grundtone (resonans) eller overtonerne.

Indsæt den ønskede bølgelænge på lampdas plads, og indsæt et helt tal på n's plads afhængig af hvilken resonans du vil udregne.

Stående bølger kan også bruges til at få ting til at svæve...