أنبوب كوندت

أنبوب كوندت هو جهاز صوتي تجريبي اخترعه الفيزيائي الألماني أوغست كوندت عام 1866 ^{[ 1 ] [ 2 ]} لقياس سرعة الصوت في الغاز أو قضيب صلب . ولا تزال هذه التجربة تُدرّس حتى اليوم لقدرتها على إظهار الموجات الطولية في الغاز (والتي يصعب تصورها في كثير من الأحيان). ويُستخدم حاليًا فقط لإظهار الموجات المستقرة والقوى الصوتية.

الأنبوب عبارة عن أنبوب أفقي شفاف يحتوي على كمية صغيرة من مسحوق ناعم مثل غبار الفلين أو التلك أو الليكوبوديوم . ^{[ 3 ]} يوجد في أحد طرفي الأنبوب مصدر صوت بتردد واحد ( نغمة نقية ). استخدم كوندت رنانًا معدنيًا على شكل قضيب ، كان يُحركه ليهتز أو "يرن" عن طريق فركه، لكن العروض التوضيحية الحديثة تستخدم عادةً مكبر صوت موصولًا بمولد إشارة يُنتج موجة جيبية . أما الطرف الآخر من الأنبوب فيُغلق بمكبس متحرك يُستخدم لضبط طول الأنبوب.

يُشغَّل مولد الصوت ويُضبط المكبس حتى يرتفع صوت الأنبوب فجأةً بشكل ملحوظ. يشير هذا إلى أن الأنبوب في حالة رنين . وهذا يعني أن طول مسار الموجات الصوتية ذهابًا وإيابًا، من أحد طرفي الأنبوب إلى الطرف الآخر، هو من مضاعفات الطول الموجي λ للموجات الصوتية . وبالتالي، فإن طول الأنبوب هو من مضاعفات نصف الطول الموجي. عند هذه النقطة، تكون الموجات الصوتية في الأنبوب على شكل موجات مستقرة ، وتكون سعة اهتزازات الهواء صفرًا عند نقاط متساوية التباعد على طول الأنبوب، تُسمى العُقد . يعلق المسحوق في الهواء المتحرك ويستقر في أكوام أو خطوط صغيرة عند هذه العُقد، لأن الهواء ساكن وهادئ هناك. المسافة بين الأكوام هي نصف الطول الموجي λ /2 للصوت. بقياس المسافة بين الأكوام، يمكن إيجاد الطول الموجي λ للصوت في الهواء. إذا كان تردد الصوت f معروفًا، فإن ضربه في الطول الموجي يعطي سرعة الصوت c في الهواء:

${\displaystyle c=\lambda f\,}$

إن الحركة التفصيلية للمسحوق تعود في الواقع إلى تأثير يسمى التدفق الصوتي الناتج عن تفاعل الموجة الصوتية مع الطبقة الحدية للهواء على سطح الأنبوب. ^{[ 4 ]}

من خلال ملء الأنبوب بغازات أخرى غير الهواء، وتفريغه جزئيًا باستخدام مضخة تفريغ، تمكن كوندت من حساب سرعة الصوت في غازات مختلفة عند ضغوط مختلفة. ولإحداث اهتزازاته، سدّ كوندت الطرف الآخر للأنبوب بسدادة غير محكمة مثبتة في نهاية قضيب معدني بارز داخل الأنبوب، ومثبت في مركزه. وعندما دُلك القضيب طوليًا بقطعة من الجلد المغطى بالصمغ ، اهتز طوليًا بتردده الأساسي ، مُصدرًا نغمة عالية. وبمجرد معرفة سرعة الصوت في الهواء، مكّن ذلك كوندت من حساب سرعة الصوت في معدن قضيب الرنان. كان طول القضيب (L) يساوي نصف طول موجة الصوت في المعدن، والمسافة بين أكوام المسحوق (d) تساوي نصف طول موجة الصوت في الهواء. لذا، فإن نسبة هاتين القيمتين تساوي نسبة سرعة الصوت في المادتين.

${\displaystyle {\frac {c_{\text{metal}}}{c_{\text{air}}}}={\frac {f\lambda _{\text{metal}}}{f\lambda _{\text{air}}}}={\frac {\lambda _{\text{metal}}}{\lambda _{\text{air}}}}={\frac {L}{d}}\,}$

كانت إحدى الطرق الأقل دقة لتحديد الطول الموجي باستخدام أنبوب، والتي استُخدمت قبل كوندت، هي قياس طول الأنبوب عند الرنين، والذي يُقارب مُضاعفات نصف الطول الموجي. تكمن مشكلة هذه الطريقة في أنه عندما يُحرّك مصدر صوتي أنبوبًا من الهواء، فإن طوله عند الرنين لا يُساوي مُضاعفات نصف الطول الموجي تمامًا. ^{[ 3 ]} ولأن الهواء عند طرف الأنبوب المُتصل بالمصدر، بجوار غشاء السماعة، يهتز، فإنه لا يقع تمامًا عند عقدة (نقطة السعة الصفرية) للموجة المستقرة. تقع العقدة في الواقع على مسافة ما بعد نهاية الأنبوب. سمحت طريقة كوندت بتحديد المواقع الفعلية للعقد بدقة عالية.

• ألواح كلادني ، وهي تقنية أخرى لتصوير الموجات المستقرة.
• أنبوب روبنز يوضح العلاقة بين الموجات الصوتية المستقرة وضغط الصوت.

• هورتفيت، ج. (1902). دليل الفيزياء العملية الابتدائية. مينيابوليس: إتش دبليو ويلسون. صفحة 119+ .