关于酒瓶吹奏发声问题的建模

三年多来,我们对酒瓶吹奏发音规律的思考一直就没有停止,因为以前的实验探究存在两点不尽人意之处。

1.数据点分布与经验公式有一定偏差

2.无法从原理上解释经验公式

正是这两个问题的存在,2015年河南省青少年科技创新大赛,这个项目只获得了省一等奖,并没有代表省里到全国参赛。

近日偶然重做实验,在很多网友留言的启发之下,上述两个问题都有了破解的灵感。

网络的智慧是无穷的。

一、基于百泉春酒瓶的实验探究

研究对象

数据采集

数据分析

数据分析

二、基于睢州老窖酒瓶的实验探究

研究对象

数据采集

数据分析

数据分析

参照以上两次实验探究的数据分析结果可以看出,我们的经验公式是发音频率与瓶内空气体积倒数的平方根成正比例,但是数据与经验公式总是存在一些偏差。

直线不是理想的过原点,数据点的分布也不是均匀随机离散在直线附近,而是呈现某种规律性。

虽然偏差不大,但是偏差始终存在,无法消除,让人不安。

三、自变量由瓶内空气体积改为瓶肚内空气体积

按照网友们的留言提议,将酒瓶内部的气体分成两个部分,一个部分为瓶颈部分,抽象成一个活塞,另一部分为瓶肚部分,抽象成一个弹性体。

按照控制变量方法,控制瓶口不变,将原来酒瓶内空气的总体积换成瓶肚部分的气体体积,发现实验数据与经验公式吻合的更好。

百泉春酒瓶

睢州老窖酒瓶

从实验数据分析结果来看,把酒瓶内部的气体分成两个部分,一个部分为瓶颈部分,抽象成一个活塞,另一部分为瓶肚部分,抽象成一个弹性体,是合理的。

四、理论分析

如果将酒瓶瓶口处的空气抽象为活塞,把酒瓶瓶肚里的空气抽象为弹性体,则活塞振动时,酒瓶瓶肚里的空气做周期性的绝热压缩或绝热膨胀,这是一个绝热过程,仅靠高中物理热学里的理想气体状态方程,看来是无法求解的。

酒瓶吹奏发声问题的物理型已经建立,且物理模型与实验数据分析十分吻合,但是振动过程属于绝热过程,需要运用理想气体绝热过程方程。

网上查找发现,理想气体绝热过程方程复杂的不行,看来这个理论高峰不好攀登啊。

还是需要各路网络大神来支招!

相关连接

探究瓶子吹奏发音频率与瓶内空气体积的关系

| 焦作十一中创新工作室 | 

河南焦作十一中创新工作室是焦作市第十一中学青蓝工程中率先推出的名师工作室,是焦作市极具影响力的教育公众平台,以创新教育为主要研究方向,分享创新案例,讲解创新方法,启迪创意设计,指导论文写作,组织参加科技创新大赛和专利申请,发现、培养和成就一批具有创新潜质的学生。

河南公众号码:huaihua_zhang

河南学校主页:http://www.jzsyz.jzedu.cn

河南名师博客:http://blog.sina.com.cn/updays

(0)

相关推荐