Bàn về sóng dừng trong thân sáo

Bàn sóng dừng thân sáo Mở đầu: “Bài 17 Sóng âm Nguồn nhạc âm mục Nguồn nhạc âm” cho tượng sóng dừng ống sáo đầu kín, đầu hở Nội dung: Nguyên lí tạo thành sóng dừng ống sáo góc nhìn lí thuyết vật lí sách giáo khoa Vật lí 12 Nâng cao Trang 96 sgk Vật lí 12 nâng cao có ghi rõ: “Ống sáo loại kèn khí kèn clarinet, xaxơphơn có phận ống có đầu kín, đầu hở”, “ sẻ xảy tượng sóng dừng chiều dài ống số lẻ lần phần tư bước sóng: l= mλ/4 với m = 1, 3, 5…” “ống sáo có đầu kín, đầu hở phát họa âm bậc lẽ” Nguyên lí phát âm sáo góc nhìn thực tế Âm nhạc Đối với sáo thông thường sáo ngang sáo dọc có lỗ miệng sáo lỗ định âm gần (khơng tính lổ định âm thăng, giáng) cách xa miệng sáo (sáo có năm lổ định âm sáo theo thang năm âm âm nhạc phương đông) Đối với sáo tơng (c) bịt hết sáu lỗ gần miệng sáo để hở lỗ định âm xa miệng sáo thổi nhẹ âm phát nốt đô, thổi “mạnh” âm phát nốt đô cao nốt đô thổi “nhẹ” quảng có tần số gấp đơi Nếu mở thêm lổ kế tiếp, bịt năm lỗ gần miệng sáo thổi nhẹ phát nốt rê, thổi “mạnh” phát nốt rê cao nốt rê thổi “nhẹ” quảng tám có tần số gấp đơi Tương tự có nốt mi, fa, son, la, si thổi “nhẹ” thổi mạnh có nốt mi, fa, son, la, si cao quảng tám có tần số (gần) gấp đơi ta bịt 5,4,3,2,1,0 lỗ gần miệng sáo Luận: Như lý thuyết sách giáo khoa thực tế có mâu thuẩn âm vực (tầm cữ âm) sáo thực tế khoảng hai quảng tám Còn theo lí thuyết Vật lí sách giáo khoa có quảng tám họa âm bậc lẽ không trùng với cao độ quảng tám Giải thích: Thực sóng dừng ống sáo hai đầu hở Một đầu hở ln miệng sáo đầu hở lại bảy lổ định âm Khi thổi “nhẹ” Âm có biên độ lớn nhất, họa âm bậc 2, 3, … có biên độ nhỏ so với âm nên họa âm định độ cao tiếng sáo mà thính giác ta cảm nhận Khi thổi “mạnh” họa âm bậc hai có biên độ lớn họa âm bậc 1, 3,4, 5… có biên độ nhỏ so với họa âm bậc hai nên họa âm bậc hai định độ cao tiếng sáo mà thính giác ta cảm nhận Vậy sáo có âm vực quảng tám mà khơng có quảng tám thứ 3? Như thổi mạnh họa âm thứ ba có biên độ lớn thực tế khó thổi để tăng biên độ họa âm Mặt khác quảng tám thứ ba có nốt có tần số gấp tần số nốt tương ứng quảng tám thứ gấp đôi tần số nốt tương ứng quảng tám thứ hai Vậy muốn có quảng tám thứ ba họa âm bậc bốn có biên độ lớn nhất, thực tế khơng thể thổi mạnh giữ để lên cao độ quảng Chứng minh: Thí nghiệm đo tần số vài cao độ sáo: Dụng cụ: Sáo máy đo tần số Thao tác: thổi sáo ghi kết tần số cao độ si, la, rê, đô Bảng kết quả: Quảng tám trầm (thổi nhẹ): Cao độ l= λ/2 (cm) Tần số (Hz) si la rê đô 11,5 14 23,5 27,5 1010 894 610 538 Vận tốc truyền âm (m/s) 232,30 250,32 286,90 295,90 Quảng tám cao (thổi mạnh): Cao độ l= λ (cm) Tần số (Hz) si la 11,5 14 1990 1776 Vận tốc truyền âm (m/s) 228,85 248,64 Nhận xét: Vận tốc truyền âm theo tính tốn gián tiếp thơng qua tần số bước sóng nhỏ vận tốc truyền âm khơng khíngồi mơi trường kết cho thấy l nhỏ, thổi mạnh vận tốc truyền âm nhỏ, vậy: - Vận tốc truyền âm theo tính tốn gián tiếp thơng qua tần số bước sóng vận tốc truyền âm khơng khí ống sáo - Dòng khí chuyển động ống sáo tạo nên áp suất động, làm áp suất tỉnh nhỏ so với khơng khí ngồi mơi trường theo định luật Bécnuli làm cho khơng khí thân sáo đàn hồi - l ngắn, thổi mạnh khơng khí thân sáo chuyển động nhanh dẫn đến đàn hồi Dự đoán: Nếu thổi vào ống khí có chiều dài chiều dài l sáo bịt kín đầu (ví dụ: thổi vào đầu có bịt nút chặn sáo ngang)khi phát âm sóng dừng có âm trầm hơn(vì l=λ/4), tần sốlớn so với thổi sáo có hai đầu hở (vì vận tốc truyền âm ống khí lớn ống sáo khơng khí bị nén dẫn đến áp suất tĩnh tăng nên không khí ống khí đàn hồi hơn, nên lớn vận tốc truyền âm ống sáo) Và thổi mạnh âm bổng có tần số gấp khoảng ba lần tần số ban đầu (l=3λ/4, độ đàn hồi khơng khí ống khí thay đổi) Thực nghiệm kiểm tra với thao tác thổi dọc vào đầu có bịt nút chặn sáo ngang hồn tồn với dự đốn Kết: Nội dung SGK nói tượng sóng dừng ống sáo đầu kín đầu hơ mâu thuẩn với nhạc lí thực nghiệm thực tế.Kiến nghị cần kiểm tra lại thí nghiệm xác Mở rộng: Dự đốn người viết kèn khí clarinet xaxơphon hai đầu hở âm vực (tầm cữ âm) hai nhạc cụ quảng tám, thổi “mạnh” nốt tương ứng có cao độ tăng thêm quảng tám sáo Tương tự tiêu, số loại kèn khí hở hai đầu Trường hợp sóng dừng ống đầu kín, đầu hở trường hợp kèn tu huýt, ống khí thổi từ miệng ... khơng khí thân sáo chuyển động nhanh dẫn đến đàn hồi Dự đoán: Nếu thổi vào ống khí có chiều dài chiều dài l sáo bịt kín đầu (ví dụ: thổi vào đầu có bịt nút chặn sáo ngang)khi phát âm sóng dừng có... âm khơng khí ống sáo - Dòng khí chuyển động ống sáo tạo nên áp suất động, làm áp suất tỉnh nhỏ so với khơng khí ngồi mơi trường theo định luật Bécnuli làm cho khơng khí thân sáo đàn hồi - l ngắn,... nghiệm kiểm tra với thao tác thổi dọc vào đầu có bịt nút chặn sáo ngang hồn tồn với dự đốn Kết: Nội dung SGK nói tượng sóng dừng ống sáo đầu kín đầu hơ mâu thuẩn với nhạc lí thực nghiệm thực tế.Kiến