Органные трубы со щелью

Органные трубы со щелью (открытые)

Коллекция физического кабинета СПб АППО по акустике довольно обширна и представлена как раритетными приборами, так и приборами советского времени: сиренами, камертонами, органными трубами, звучащими стержнями, моделями.
Раздел «Акустика» длительное время входил в содержание школьных учебников физики (А. Малинина, К.Д. Краевича, Н.С. Дрентельна и др.) После постановления ЦК ВКП(б) о начальной и средней школе (1931г.) содержание школьных учебников подверглось серьезной переработке. Так в учебнике физики И. И. Соколова, который пришел на смену учебнику Краевича К.Д., оставлены только акустические понятия, связанные с физическими характеристиками звуковых колебаний: высота, громкость, тембр.
Значит, можно предположить, что органные трубы были приобретены для кабинета физики не позднее первой половины ХХ века.

Основные характеристики

Принцип действия

На фото изображены открытые деревянные органные трубы со щелью. Труба 1 - единственная, сохранившаяся из набора труб для диатонической гаммы. Труба 3 с регулируемым градуированным поршнем для изменения тона (утерян).
По длине (L) открытой трубы определяется частота звуковых колебаний:
v = ν/2L
При слабом дутье открытая труба дает основной тон, а при сильном – дает тон с числом колебаний в 2, 3, 4, 5 раз большим, чем у основного тона.

Продуваемый воздух поступает в полость А, затем вырывается из узкой щели В. Перед щелью находится узкий клин С. При ударе о клин струи воздуха создают шум. Столб воздуха внутри трубы действует как резонатор; из большого числа разных тонов, труба откликается на тон, соответствующий ее длине.

В открытых трубах образуются стоячие волны: при открытом конце отражение волны происходит с образованием пучности, т.к. наружный воздух менее плотен, чем находящийся в трубе. В месте возникновения колебаний всегда образуется пучность (см. рис)

Органайзер исследователя
1. Используя материал статьи, укажите трубу, дающую самый низкий звук. Поясните свой выбор.
2. Определите длину звуковой волны, которая возникает при слабом продувании воздуха через трубу № 2. Длина трубы от клина до отверстия примерно 15 см.
3. Оцените частоту основного тона, который может создать труба №3 при отсутствии поршня. Подсказка: используйте фото и данные предыдущего задания.
4. На рисунке изображена труба с плотно входящим поршнем.

В каком направлении нужно смесить поршень (вправо или влево), чтобы было возможно получить более высокий обертон? Обоснуйте свой выбор.