На физике проходим волны, препод сказал что звуковая волна продольная, а не поперечная. Понятно что частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны, но как это ДОКАЗАТЬ экспериментально?
Может есть какой то простой опыт который можно провести дома или в школьной лаборатории?
Классический опыт с трубкой Кундта.
Берешь прозрачную трубку (можно пластиковую водопроводную, диаметр 5-10 см, длина метр-полтора). Насыпаешь внутрь легкий порошок (пробковая крошка, мелкие опилки, манка). Один конец закрываешь мембраной (можно натянуть воздушный шарик). К мембране приклеиваешь стержень.
Возбуждаешь колебания стержня (трешь его канифолью или бьешь). Стержень колеблется продольно, передает колебания мембране, от мембраны идет звуковая волна вдоль трубки.
Частицы порошка начинают собираться в узлы стоячей волны (места где амплитуда колебаний минимальна). Ты увидишь регулярные полоски порошка вдоль трубки.
Расстояние между полосками = половина длины волны звука. Если измеришь расстояние и частоту колебаний (по звуку камертона), можешь вычислить скорость звука.
Это доказывает что частицы воздуха смещаются вдоль направления распространения (продольная волна). Если бы волна была поперечной, порошок бы крутился вокруг оси трубки, а не собирался в продольные полосы.
Простейший опыт - свеча и динамик.
Поставь свечу перед динамиком (5-10 см). Включи низкочастотный звук (басы, 50-100 Гц). Пламя начнет колебаться в такт звуку.
Пламя колеблется вперед-назад (вдоль направления от динамика к свече), а не вверх-вниз. Это доказывает что частицы воздуха движутся продольно.
Если бы звук был поперечной волной, пламя бы колебалось перпендикулярно линии динамик-свеча.
С точки зрения теории упругости.
В газах и жидкостях отсутствует модуль сдвига (они не могут сопротивляться касательным напряжениям). Поэтому в них могут распространяться только продольные волны сжатия-разрежения.
Поперечные волны требуют наличия сдвиговой жесткости, которая есть только у твердых тел.
Таким образом продольность звука в воздухе следует из свойств газообразной среды. Математически это описывается уравнением состояния идеального газа и уравнениями гидродинамики.
Возьми пружинку (слинки). Растяни ее горизонтально, пусть один человек держит конец неподвижно. Второй резко толкает свой конец вперед (вдоль пружины) и возвращает назад.
По пружине побежит волна сжатия. Видно как витки то сближаются то расходятся, и эта область сжатия-разрежения движется вдоль пружины.
Это и есть модель продольной волны. Звук в воздухе устроен так же, только вместо витков - молекулы газа.
Спасибо! Попробую собрать такую установку на выходных