利用Phyphox描绘天之蓝酒瓶内气团的共鸣曲线

图1 实验场景

新冠疫情防控期间,微主在小区的垃圾箱外面捡到一个漂亮的瓶子,瓶子色彩淡雅,姿态婀娜,惹人喜爱。

鉴于微主近期正在研究一个题为“Phyphox在物理创新实验教学的应用研究”课题,就把这个瓶子带回了焦作十一中创客空间,用小刀艰难地清除掉瓶口的塑料封套,洗净沥干,以备研究。

图2 实验细节

如图1-2所示,将手机小心地夹持专用的手机支架上,仔细调节手机麦克风和扬声器的高度,让麦克风和扬声器略高于酒瓶口。

图3 数据采集

如图3所示,在Phyphox中,让手机扬声器输出一个频率逐渐增大的音频扫描信号,在音频扫描信号的驱动下,酒瓶内部的气团发生受迫振动;让手机麦克风在瓶口监听酒瓶内部气团振动发声的强度;以音频扫描信号频率为横轴,以酒瓶内部气团发声强度为纵轴,绘制酒瓶的共鸣曲线。

图4 图像放大

将酒瓶共鸣曲线放大至满屏,点按“选取数据”按钮,点按共振峰最高处的数据点,获得共振峰对应的频率,该频率即为酒瓶内气团的固有频率。

实测发现,共振峰对应的频率为190.47Hz。

图5 傅里叶变换

随后,用嘴向瓶口吹气,使酒瓶发出明亮的共鸣音,然后如图5-6所示,运行PHyphox内置的“声音频谱”实验,将酒瓶发出的共鸣音进行傅里叶变换,测量其峰值频率。

实测发现,共振峰对应的频率为187.50Hz。

图6 傅里叶变换

比较两种方法测量的酒瓶内气团的固有频率值,可以发现两者非常接近,相对误差仅为1.57%。

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