حساب سرعة الصوت من طولي رنين متتاليين

تحسب الأداة الفرق بين الطولين، ثم تضاعفه لاستخراج الطول الموجي، وتضربه في التردد للحصول على سرعة الصوت. ولأن القراءتين تخصان رنينين متتاليين في الأنبوب نفسه، فإن تصحيح الطرف المفتوح المجهول يُلغى عند الطرح ولا يحتاج إلى تقدير مستقل.

قيسوا رنينين متتاليين فعلاً

استخدموا شوكة رنانة واحدة ذات تردد ثابت، وغيّروا طول عمود الهواء ببطء. سجّلوا أول طول يظهر عنده رنين واضح، ثم تابعوا في الاتجاه نفسه وسجّلوا الرنين الواضح التالي مباشرة. يجب أن تمثل القراءتان نمطين متجاورين، لا مجرد موضعين مرتفعي الصوت. في أنبوب يغلقه الماء من طرف ويكون مفتوحاً من الطرف الآخر، تفصل بين الرنينات المسموح بها المتتالية مسافة تساوي نصف طول موجي. إذا تجاوزتم رنيناً، فسيحتوي الفرق المقاس على عدة أنصاف أطوال موجية، وستعيد الحاسبة سرعة أكبر بالمضاعف الصحيح نفسه. اقرأوا الطولين انطلاقاً من نقطة مرجعية واحدة، وحافظوا على اتجاه الأنبوب، واختاروا وحدة القياس المشتركة في النموذج. يجب أن تكون القيمة الثانية أكبر من الأولى. يُستحسن تكرار التجربة لأن تحديد أعلى شدة صوتية بالأذن يضيف قدراً من عدم اليقين. إذا سمح الإجراء المخبري، فاحسبوا متوسط فروق الأطوال للتجارب المتسقة قبل الحساب، بدلاً من حساب متوسط كل عمود من قراءات الأطوال الخام على حدة.

كيف يعطي تباعد الرنينات سرعة الصوت

يدعم أنبوب الرنين المغلق من طرف والمفتوح من الآخر أنماطاً فردية من أرباع الطول الموجي. يمكن تمثيل أطوال عمود الهواء الرنانة بمضاعف فردي لربع الطول الموجي مع تصحيح للطرف، وينشأ هذا التصحيح لأن بطن الإزاحة يمتد قليلاً إلى خارج الحافة المفتوحة. عند طرح الطول الفعال الأقصر من الأطول لرنينين متتاليين في الأنبوب نفسه، يختفي التصحيح المشترك. يساوي الفرق المتبقي نصف طول موجي، ولذلك يساوي الطول الموجي ضعفي المسافة المقاسة. ثم تعطي علاقة الموجة السرعة بوصفها حاصل ضرب التردد في الطول الموجي، أي v = 2f(L2 - L1). تحوّل الحاسبة الطولين أولاً إلى المتر، ثم تطبق هذه العلاقة وتعرض السرعة بالمتر في الثانية، والطول الموجي، وفرق الطولين بعد التحويل. لا تقدّر الأداة تصحيح الطرف لأن طريقة الفروق لا تحتاج إليه. يفترض الحساب أن تردد الإثارة معلوم ومستقر، وأن الرنينين ينتميان إلى تسلسل الأنماط الطولية نفسه، وأن الوسط وظروف التجربة لم تتغير بين القراءتين.

فسّروا النتيجة وتحققوا من أسباب الاختلاف

قارنوا القيمة المحسوبة بمرجع مناسب للغاز وظروف المختبر. تذكروا أن سرعة الصوت في الهواء تتغير بوضوح مع درجة الحرارة، كما تتأثر بالتركيب والرطوبة. لا يعني الاختلاف تلقائياً أن المعادلة خاطئة. من الأسباب التجريبية الشائعة اختيار رنينين غير متتاليين، أو قراءة التدريج من نقطتين مرجعيتين مختلفتين، أو تحريك مستوى الماء بسرعة زائدة، أو تغيير موضع الشوكة الرنانة، أو استخدام ترددها الاسمي عندما يختلف التردد الفعلي. تعتمد دقة النتيجة على المسافة المقاسة؛ فقد يؤدي طرح طولين متقاربين إلى تضخيم الأثر النسبي لعدم يقين القراءة. اعرضوا عدداً من الخانات المعنوية يتناسب مع دقة المسطرة وسماحية التردد، حتى لو أعادت الحاسبة قيمة عددية مستقرة. تمثل الأداة الطريقة المثالية القائمة على تباعد الرنينات، ولا تصحح قطر الأنبوب أو الفقد اللزج أو الضوضاء المحيطة أو تدرجات الحرارة، ولا تحسب انتشار عدم اليقين. للحصول على تجربة أقوى، كرروا القياس، وسجّلوا درجة حرارة المكان، واحسبوا كل محاولة صالحة، ثم افحصوا تشتت النتائج بدلاً من الاكتفاء بقراءة واحدة.