Wie man eine Chladni-Platte - St. Mary s Physik Demos
Mögliche einbaubare Themen:
- Resonanz
- Schwingungen
- partielle Differentialgleichungen
Chladnischen Bleche sind ausgezeichnete Werkzeuge für resonante Muster in zwei Dimensionen zu visualisieren. Zu verstehen, wie sie arbeiten, ist viel einfacher als die Theorie zu verstehen und Mathematik hinter den Mustern selbst, so dass das, was wir hier konzentrieren werden.
Lassen Sie uns mit dem Gedanken eines einfachen 1-dimensionalen Beispiel beginnen. Wenn ein Stück Schnur gemacht wurde im Rahmen einer Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt (bestimmt durch die Länge der Zeichenfolge, die Dichte und Spannung), würde die stehende Welle hat die Orte entlang der Länge, wo die Saite gar nicht zu sein schien zu bewegen. Diese Orte werden als „Knoten“ bezeichnet. Überall sonst entlang der Saite schwingt, oben und unten bewegt, hin und her sehr schnell. Wenn wir in der Lage waren, etwas Sand auf der Schnur zu balancieren, der Sand von dem Knoten würde weg in dem Raum geschleudert werden, während der Sand auf dem Knoten sitzen würde immer noch glücklich, wo es ist.
die Resonanzfrequenzen eines 1D-String Bei der Berechnung recht einfach ist, werden die theoretischen Details in zwei Dimensionen viel schwieriger. Aber wir können leicht die Muster finden Sie in der nachfolgend beschriebenen Methode. Die Chladnischen Platte ist ein starres, dünnes Metallstück, in der Regel von einer regelmäßigen Form, aber nicht notwendigerweise so. Die Platte ist mit einer Quelle von Vibrationen angebracht. Die Quelle muss stark genug sein, um die Platte zu vibrieren, genug um den Sand in die Leitungen der Nullamplitude (die Knotenlinien) zu schütteln. Idealerweise sollte die Quelle auch in der Lage sein, durch eine große Frequenz Sweep-Bereich so alle möglichen Muster untersuchen.
Diese Muster, vor allem bei höheren Frequenzen, zeigen erstaunliche Komplexität und Symmetrie. Wenn man den Lärm ertragen kann, ist es einfach, Stunden der Suche nach neuen Mustern in dem Sand zu verbringen.
- Stellen Sie sicher, dass Sand nicht in den Lautsprecher bekommt!
- Gehörschutz sollte als Ton aus dem Lautsprecher verwendet werden kann nervend laut geworden.