PL226549B1 - Urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego, przewidziane jako zestaw eksperymentalno-pokazowy do łatwej i szybkiej prezentacji zjawiska rezonansu akustycznego, indywidualnie w laboratorium ale również dla dużej grupy słuchaczy lub widzów.

Znanym urządzeniem tego typu jest zestaw składający się z pionowo zamocowanej rury połączonej giętkim wężem ze zbiornikiem wyrównawczym, tworzących razem naczynia połączone, które są wypełnione wodą. Przesuwając w górę lub w dół zbiornik wyrównawczy reguluje się tłokiem wodnym długość komory rezonansowej w pionowej rurze, nad wylotem której jest umieszczony dźwięczący kamerton, szukając maksimum rezonansu, co pozwala prowadzić głębszą analizę zjawiska rezonansu.

Niedogodnością tego rozwiązania jest użycie wody jako tłoka służącego do zmiany wysokości komory rezonansowej pod kamertonem. Taka sytuacja z powodu użycia wody, gdzie zbiornik wyrównawczy trzeba podnosić, a następnie rura dość powoli wypełnia się wodą, utrudnia szybkie i właściwe usłyszenie maksimum rezonansu.

Znane jest z publikacji opisu chińskiego wzoru użytkowego nr CN 203 055 262 U urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego, zawierające sztywną listwę, stanowiącą konstrukcję nośną urządzenia, na której jest osadzona sztywno cylindryczna rura zamocowana do listwy objemkami równolegle z odstępem, przy czym objemki są zamocowane na listwie w pobliżu jej końców i poprzecznie do niej. Wewnątrz rury jest osadzony przesuwnie wzdłuż niej tłok, przesuwany ża pomocą zestawu magnetycznego. Nad wylotem rury powyżej tłoka w niewielkiej odległości od górnego końca rury jest umieszczony generator akustyczny i głośnik, pod którym wewnątrz tej rury nad tłokiem jest utworzona komora rezonansowa.

Dla uniknięcia wymienionych niedogodności opracowano rozwiązanie według wynalazku, dotyczące konstrukcji urządzenia do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego.

Urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego, zawierające sztywną listwę, stanowiącą konstrukcję nośną urządzenia, na której jest osadzona sztywno cylindryczna rura zamocowana do listwy objemkami równolegle z odstępem, przy czym objemki są zamocowane na listwie w pobliżu jej końców i poprzecznie do niej, zaś wewnątrz rury jest osadzony przesuwnie wzdłuż niej tłok, a ponadto nad wylotem rury powyżej tłoka w niewielkiej odległości od górnego końca rury jest umieszczony głośnik, pod którym wewnątrz tej rury nad tłokiem jest utworzona komora rezonansowa, przy czym głośnik jest połączony elektrycznie z generatorem akustycznym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tłok jest unieruchomiony na górnym końcu tłoczyska, które jest osadzone suwliwie od strony swego dolnego końca w uchwycie zamocowanym do listwy, a po ustaleniu pozycji tłoka w rurze, korzystnie przezroczystej, jest zablokowane w tym uchwycie, zaś tłok jest szczelny i złożony z elastycznego filcowego krążka środkowego o małej grubości i średnicy dopasowanej wymiarowo do wewnętrznej średnicy rury oraz umieszczonego pomiędzy krążkami zewnętrznymi z twardego materiału, posiadającymi nieco mniejszą średnicę od średnicy krążka środkowego.

Korzystnie, generator akustyczny posiada regulowaną częstotliwość i amplitudę generowanego sygnału oraz nastawny kształt sygnału, co najmniej sinusoidalny i prostokątny. Listwa jest zaopatrzona w rączkę położoną w obszarze swej środkowej części, urządzenie według wynalazku jest mobilne. Objemki urządzenia są wielowarstwowe z wewnętrzną elastyczną warstwą umieszczoną od strony rury. Krążek środkowy wraz z krążkami zewnętrznymi tłoka są unieruchomione mocowaniem na końcu tłoczyska. Uchwyt urządzenia jest ułożony poprzecznie do listwy w obszarze dolnego końca listwy oraz posiada dociskową śrubę, blokującą tłoczysko i wkręconą w uchwyt poprzecznie w stosunku do tego tłoczyska. Głośnik jest osadzony na wsporniku zamocowanym do listwy poprzecznie do niej w obszarze jej górnego końca. Urządzenie posiada bardzo duże rozmiary, pozwalające pokazywać i demonstrować dla dużej grupy słuchaczy lub widzów w sposób atrakcyjny zjawiska rezonansu akustycznego.

Dzięki wynalazkowi jest umożliwione szybkie i właściwe usłyszenie maksimum rezonansu, poprzez szybkie, precyzyjne i trwałe ustawienie wielkości komory rezonansowej. Tak przygotowane urządzenie w postaci zestawu eksperymentalno-pokazowego pozwala na szybkie i łatwe przeprowadzenie eksperymentu w zróżnicowanych warunkach. Urządzenie może być używane także w dowolnej pozycji, zwłaszcza pionowej lub poziomej, a ponadto z łatwością można go używać do demonstracji zjawiska interferencji fal akustycznych.

PL 226 549 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego w widoku z boku, zaś fig. 2 fragment tego urządzenia z tłokiem zamocowanym na tłoczysku w powiększonym widoku z boku.

Urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego, według wynalazku w przykładzie wykonania, zawiera sztywną listwę 1, stanowiącą konstrukcję nośną urządzenia i zaopatrzoną w rączkę 2 położoną w obszarze swej środkowej części do trzymania lub przenoszenia urządzenia. Do listwy 1 jest zamocowana sztywno, ułożona do niej równolegle z odstępem, przezroczysta cylindryczna rura 3 za pomocą wielowarstwowych objemek 4 z wewnętrzną elastyczną warstwą umieszczoną od strony rury 3, przy czym te objemki 4 są zamocowane na listwie 1 w pobliżu jej końców i poprzecznie do niej. Wewnątrz rury 3 jest osadzony przesuwnie wzdłuż niej szczelny tłok 5, złożony z elastycznego filcowego krążka środkowego 6 o małej grubości i średnicy dopasowanej wymiarowo do wewnętrznej średnicy rury 3 oraz umieszczonego pomiędzy krążkami zewnętrznymi 7 z twardego materiału, posiadającymi nieco mniejszą średnicę od średnicy krążka środkowego 6. Części tłoka 5 są unieruchomione mocowaniem 8 na górnym końcu tłoczyska 9, które z kolei jest osadzone suwliwie od strony swego dolnego końca w centralnej części przelotowego uchwytu 10 zamocowanego do listwy 1 poprzecznie do niej poniżej dolnej objemki 4 w obszarze dolnego końca listwy 1, a po ustaleniu pozycji tłoka 5 w rurze 3 tłoczysko 9 jest zablokowane w tej ustalonej pozycji dociskową śrubą 11, wkręconą w otwór uchwytu 10 poprzecznie w stosunku do tego tłoczyska 9.

Nad wylotem rury 3 powyżej tłoka 5 w niewielkiej odległości od górnego końca rury 3 jest umieszczony głośnik 12, przez co wewnątrz tej rury 3 nad tłokiem 5 jest utworzona komora rezonansowa 13, przy czym głośnik 12 jest osadzony na wsporniku 14 zamocowanym do listwy 1 poprzecznie do niej w obszarze jej górnego końca nad górną objemką 4. Ponadto, głośnik 12 jest połączony przewodami elektrycznymi 15 z generatorem akustycznym 16 o regulowanej częstotliwości (długości), kształcie i amplitudzie generowanego sygnału oraz mocy wyjściowej dopasowanej do głośnika 12. Dla drgań prostych przy sygnale sinusoidalnym z generatora akustycznego 16 jest umożliwiona demonstracja czystego przypadku rezonansu akustycznego, pozwalająca wyznaczyć dla danej częstotliwości sygnału długość fali stojącej, a tym samym średnią prędkości głosu w powietrzu. Z kolei w przypadku podania z generatora akustycznego 16 sygnału prostokątnego jest umożliwiona, przy zmianie długości komory rezonansowej tłokiem 5, demonstracja składowych harmonicznych prostych, składających się na generowany sygnał prostokątny z głośnika 12 i ich wielości.

Rura 3 urządzenia jest przezroczysta umożliwiając dokładne określenie położenie tłoka 5 w rurze 3, a tym samym wyznaczenie długości komory rezonansowej 13, opisującej i wyznaczającej odpowiednią część powstającej fali stojącej przy rezonansie. Komora rezonansowa 13 poprzez kształt i budowę tłoka 5 jest dobrze uszczelniona, nawet przy braku cylindryczności rury 3, przez co jest poprawiona skuteczność rezonansu.

Urządzenie jest bardzo dużych rozmiarów, co pozwala pokazywać i demonstrować dla dużej grupy słuchaczy lub widzów w sposób atrakcyjny zjawiska rezonansu akustycznego.

Wynalazek znajduje zastosowanie zwłaszcza do łatwej i szybkiej prezentacji zjawiska rezonansu akustycznego, indywidualnie w laboratorium ale również dla dużej grupy słuchaczy lub widzów, na przykład w szkole lub uczelni.

Claims (8)

1. Urządzenie do demonstracji zjawiska rezonansu akustycznego, zawierające sztywną listwę, stanowiącą konstrukcję nośną urządzenia, na której jest osadzona sztywno cylindryczna rura zamocowana do listwy objemkami równolegle z odstępem, przy czym objemki są zamocowane na listwie w pobliżu jej końców i poprzecznie do niej, zaś wewnątrz rury jest osadzony przesuwnie wzdłuż niej tłok, a ponadto nad wylotem rury powyżej tłoka w niewielkiej odległości od górnego końca rury jest umieszczony głośnik, pod którym wewnątrz tej rury nad tłokiem jest utworzona komora rezonansowa, przy czym głośnik jest połączony elektrycznie z generatorem akustycznym, znamienne tym, że tłok (5) jest unieruchomiony na górnym końcu tłoczyska (9), które jest osadzone suwliwie od strony swego dolnego końca w uchwycie (10) zamocowanym do listwy (1), a po ustaleniu pozycji tłoka (5) w przeźroczystej rurze (3) jest zablokowane w tym uchwycie (10), zaś tłok (5) jest szczelny i złożony z elastycznego filcowego krążka środkowego (6) o małej grubości i średnicy dopasowanej wymiarowo

PL 226 549 B1 do wewnętrznej średnicy rury (3) oraz umieszczonego pomiędzy krążkami zewnętrznymi (7) z twardego materiału, posiadającymi nieco mniejszą średnicę od średnicy krążka środkowego (6).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że generator akustyczny (16) posiada regulowaną częstotliwość i amplitudę generowanego sygnału oraz nastawny kształt sygnału, co najmniej sinusoidalny i prostokątny.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że listwa (1) jest zaopatrzona w rączkę (2) położoną w obszarze swej środkowej części.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że objemki (4) są wielowarstwowe z wewnętrzną elastyczną warstwą umieszczoną od strony rury (3).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że krążek środkowy (6) wraz z krążkami zewnętrznymi (7) tłoka (5) są unieruchomione mocowaniem (8) na końcu tłoczyska (9).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że uchwyt (10) jest ułożony poprzecznie do listwy (1) w obszarze dolnego końca listwy (1) oraz posiada dociskową śrubę (11), blokującą tłoczysko (9) i wkręconą w uchwyt (10) poprzecznie w stosunku do tego tłoczyska (9).

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że głośnik (12) jest osadzony na wsporniku (14) zamocowanym do listwy (1) poprzecznie do niej w obszarze jej górnego końca.

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że posiada bardzo duże rozmiary, pozwalające pokazywać i demonstrować dla dużej grupy słuchaczy lub widzów w sposób atrakcyjny zjawiska rezonansu akustycznego.