சோதனை இல. 14

மூடிய ஒத்ததிர்வுக் குழாயால் ஒலியின் வேகம் & நுனித் திருத்தம்

🎯 நோக்கம்

மூடிய ஒத்ததிர்வுக் குழாய் (closed resonance tube) + ஒரே ஒலிக்கவை மூலம் காற்றில் ஒலியின் வேகம் $v$ மற்றும் குழாயின் நுனித் திருத்தம் (end correction) $e$ ஐக் காணல்.

🧰 கருவிகளும் பொருட்களும்

~2.5 cm விட்டம், ~50 cm நீளம் கொண்ட குழாய், அறியப்பட்ட அலைவெண் கொண்ட ஒலிக்கவை, மீட்டர் அளவுகோல், உயரமான ஜாடி (நீரோடு), நிலைக்கால்.

📐 கொள்கை

மூடிய குழாயில் அடிப்படை (fundamental) ஒத்ததிர்வில் — காற்று நெடுவரிசை நீளம் $l_1$, நுனித் திருத்தம் $e$, அலை நீளம் $\lambda$:

$\dfrac{\lambda}{4} = l_1 + e$
$v = 4f(l_1 + e) \quad (1)$

முதலாம் overtone-இல் காற்று நெடுவரிசை நீளம் $l_2$:

$\dfrac{3\lambda}{4} = l_2 + e$
$v = \dfrac{4f}{3}(l_2 + e) \quad (2)$

(1), (2) ஐ ஒன்றாக தீர்த்தால்:

$v = 2f(l_2 - l_1)$
$e = \dfrac{l_2 - 3 l_1}{2}$

🔬 செய்முறை

குழாயை ஜாடியின் நீரில் தாழ்த்தி நிலைக்காலில் பொருத்துக. குழாயின் மேல் முனையில் காற்று நெடுவரிசை சிறிதாக இருக்குமாறு வைக்க.
அதிர்வுறும் fork ஐ குழாயின் மேல் முனைக்கு சற்று மேலே பிடித்துக்கொண்டே, குழாயை (+ fork ஐ) மெதுவாக மேலே தூக்குக. முதன் முதலில் கூடிய ஒலி கேட்கும் இடமே fundamental — காற்று நெடுவரிசை நீளம் $l_1$ ஐ அளக்க.
குழாயை மேலும் தூக்கி, அடுத்த resonance-ஐ (first overtone) காணுக — அதன் நீளம் $l_2$ ஐ அளக்க. அட்டவணை 14.1-இல் $f, l_1, l_2$ ஐப் பதிக.
$v = 2f(l_2 - l_1)$, $e = (l_2 - 3 l_1)/2$ ஐக் கணக்கிடுக.

📊 அளவீடுகள்

அட்டவணை 14.1: ஒலிக்கவையின் அலைவெண் $f$ (Hz), $l_1$ (cm), $l_2$ (cm).

🧮 கணக்கீடு

$v = 2f(l_2 - l_1)$ (m/s)
$e = \dfrac{l_2 - 3 l_1}{2}$ (cm)

⚠ முன்னெச்சரிக்கைகள்

Fork ஐ கைப்பிடியில் பற்றி, அதிர்வுறும் கால்களை குழாயின் மேல் முனைக்கு செங்குத்தாகவும் சிறிது மேலேயும் வைக்க — கால்கள் குழாயை தொடக்கூடாது.
குழாயை மெதுவாக நகர்த்துக — விரைவாக நகர்த்தினால் resonance புள்ளியை கடந்து போய்விடும்.
காற்று நெடுவரிசை நீளம் முற்றிலும் நீர் மட்டத்திலிருந்து குழாயின் மேல் வாய் வரை அளக்கப்படுகிறது.
அளவீட்டை இரு திசையிலும் (மேலே ஏற்றியும், கீழே இறக்கியும்) எடுத்து சராசரியெடுத்தால் hysteresis தவிர்க்கப்படும்.

✅ முடிவு

$v$ (m/s) மற்றும் $e$ (cm) ஐ பதிக. அறை வெப்பநிலையில் காற்றில் ஒலியின் வேகம் ~340 – 346 m/s எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

குறிப்புFundamental resonance நீளம் $l_1 \approx \lambda/4 - e$ — fork அலைவெண்ணுக்கு ஏற்ற குழாய் நீளம் தேர்வுசெய்க, இல்லையென்றால் overtone கிடைக்காமல் போகும். $e \approx 0.6 r$ ($r$ = குழாய் ஆரை) என்பது நேரிடையாக கூறக்கூடிய தோராய மதிப்பு — இதனை இந்தச் சோதனையே சரிபார்க்கிறது.

NIE Physics Practical Handbook (2017) · Experiment 14, pp.32–33

← 13 அனைத்து செய்முறைகள் 15 →