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!
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