Трубка Рийке

Трубка Рийке.
см. https://www.youtube.com/watch?v=baIGdAlO5sE
и
http://proza.ru/2020/02/27/1798   

http://proza.ru/2022/01/13/207
               
Выполнили Власенко Дмитрий,
Белозёров Борис.
7 и 8 класс (соответственно).
 Руководитель Ефимов А.В.
Цель проекта: изучить явления, возникающие в термоакустическом генераторе – трубке Рийке. Найти этим явлениям практическое применение.
Задача проекта: Термоакустический эффект был открыт Рийке в 1859 году, описан лордом Релеем. Провести исследования двух имеющихся в наличии трубок Рийке, с диаметрами 22 и 60 мм и длинами 0.5 и 1 м соответственно.
Гипотеза: возникновение звука в трубке связано с явлением конвекции.
Опыты: Были проведены опыты по измерению температуры на выходе из трубки, силы и частоты звука. В ходе измерения частоты были замечены негармонические колебания. Их мы объяснили тем, что материал трубки входит в резонанс.   
Итоги и выводы: вследствие экспериментов удалось выяснить, что трубка Рийке звучит по причине следующего: проволока нагревает воздух, и он, обладая меньшей плотностью, поднимается вверх, при этом в месте нагревания устанавливается некоторая скорость потока воздуха. Когда поток теплого воздуха достигает среза трубки, вниз начинает двигаться звуковая волна (волна давления). Достигая проволоки, волна вызывает увеличение плотности местного воздуха, и, как следствие, движение воздуха замедляется. Понижение скорости приводит к увеличению пребывания воздуха вблизи нагревателя и появлению нового теплового потока, движущегося вверх. Если нагреватель находится в области пучности стоячей звуковой волны, возникают самоподдерживающиеся автоколебания, которые и служат источником звучания трубки Рийке. Т.е. наша гипотеза была отчасти верной.
     Мы измеряли температуру воздуха, частоту и мощность звука на срезе трубки. Результаты получились весьма любопытные. Звучание начиналось при фиксированной температуре воздуха, а, следовательно, и при фиксированной скорости воздуха внутри трубки. Для большой трубки температура составила 50.2 градуса и скорость воздуха внутри трубки при зарождении звука 0.55м/c. Для малой трубки те же показатели составили  53.1 и 0.41 м/с. Т.е. для начала звучания действительно необходимы фиксированные значения данных параметров, т.к. в нескольких проведенных экспериментах результаты повторялись.
     В двигателях это звуковое явление считается вредным, т.к. при нем возникают лишние колебания, что приводит к более быстрому его износу. Поэтому, проводя подобные опыты можно выяснить причину звучания (как мы и сделали) и устранить его в двигателях. Однако термоакустичские двигатели работают, основываясь в том числе и на этом эффекте. Также с помощью трубки Рийке можно получить звуки разнообразных частот, т.е. с её помощью можно изучать природу термоакустических явлений, что и делает трубку Рийке интересным объектом для возможного дальнейшего изучения.