¿Por qué, en un tubo abierto o medio abierto, debe un extremo abierto de una onda de sonido en pie tener una presión de cero?

Question

Creo que esta pregunta fue preguntado en alguna forma antes, pero no me queda claro en la respuesta. Si una onda de sonido debe ser igual a la presión del aire cuando sale de un tubo, por qué es posible que en muchos puntos después de la onda de sonido sale de la tubería (está en el aire) que no tiene mayor presión que el aire (en la parte correspondiente a la compresión de la onda?

No se siente natural que a medida que el aire sale de la tubería, volverá a regular la presión de aire: yo no entiendo por qué es necesario, dado que en muchos puntos después de los extremos del tubo de la ola tiene la presión alta. ¿Cómo funciona el aire sabe que es en el tubo del final? ¿Por qué no puede haber una ola de dejar el tubo de compresión, y tener presión mayor que la presión del aire?

Otra forma de estado, mi pregunta es la siguiente: si existe un mecanismo que requiere una onda de sonido a ser igual a la presión de aire en la salida de un tubo, lo que elimina ese mecanismo una vez que la onda se aleja de la tubería (en el aire), lo que permite reanudar a tener presiones mayores que la presión del aire?

Answer 1

Las resonancias de una columna de aire puede ser caracterizado por el tubo de impedancia en función de la frecuencia. A continuación es un ejemplo de una gráfica, de un grupo de una UNSW (página web).

Para explicar esta teoría, sin aproximaciones, usted tiene que resolver la ecuación de onda. Las soluciones han de aire que vibra más allá del extremo de la sonda. En última instancia, esta es la única "por qué" responder que hay.

Sin embargo, el hecho de que puede ser caracterizado como una impedancia sugiere un tipo de heurística explicación recurriendo a la analogía con el caso de la frecuencia cero, es decir, el flujo constante de aire a través del tubo, lo cual es posible en el caso de un tubo abierto en ambos extremos. En esta situación, la ecuación de continuidad (es decir, la conservación de aire) dice que, como el aire entra (salidas) el extremo del tubo, la velocidad (lento). Esto sucede poco a poco porque el aire que se extiende desde una abertura de tamaño finito.

La analogía eléctrica sería de dos grandes bloques de material óhmico con conectados por un cilindro sólido de material óhmico. La actual se concentra y, a continuación, dispersa, ya que viene dentro y fuera del cilindro.

Answer 2

para agrandar ligeramente sobre Ben Crowell a fondo y útil en el tratamiento de este tema: la sencilla razón de que no son cero zonas de presión inmediatamente fuera el extremo abierto de la tubería es de que el tubo se irradia la energía del sonido fuera el extremo abierto - de hecho, la presión de la derecha en la apertura normalmente es distinto de cero en sí misma, en la medida en la resonancia de la columna de aire que sobresale ligeramente el extremo abierto.

La impedancia de un tubo con un extremo abierto es discontinua en el extremo abierto y por lo tanto presenta un serio desajuste de la condición de allí, con la parte de la onda se refleja en la discontinuidad de vuelta abajo de la tubería (que contribuye a la producción de la onda estacionaria en el interior) y parte de ella irradia en el espacio libre exterior. Como señala Ben, el concepto de impedancias es muy útil en este contexto.

Answer 3

Me hizo encontrar estas respuestas en Quora que yo pensaba que eran buenas (especialmente los primeros dos o tres). https://www.quora.com/It-has-been-explained-to-me-that-a-node-exists-at-the-open-end-of-a-pipe-when-a-standing-wave-forms-because-the-pressure-is-fixed-at-the-ambient-pressure-Why-is-this-true-If-this-is-true-how-can-sound-waves

Me estoy pegando una respuesta aquí, así que usted puede ver. Creo que las respuestas dadas anteriormente en este sitio fueron sin duda a la derecha en el dinero, sino por mi propia falta de comprensión hecho difícil de entender.

Esa es una pregunta muy importante!

Tal vez fue sólo mal redactada en el curso/libro de texto. O tal vez quien dijo que en realidad no pensar en el problema demasiado. La presión en la apertura de una tubería puede no ser constante y exactamente igual a la presión ambiente, porque entonces, como usted dice, no habría el sonido se propaga desde la apertura.

Sin embargo, desde la apertura está en contacto con el aire ambiente, cualquier cambio de la presión en el interior del tubo muy rápidamente se disipa en el void. Así, aunque la presión en la apertura oscilará un poco (ya que se alimenta oscilaciones de presión desde el interior), el la amplitud de la onda de presión será mucho menor que la de en cualquier lugar dentro de la tubería, debido a que el diferencial de presión es que se disipa rápidamente en todas las direcciones), a fin de crear un nodo en algún lugar cerca de la abertura de la tubería.

Recuerde que la física es un intento de aproximar desordenado de la realidad con los modelos simples.