クント管

クント管は、1866年にドイツの物理学者アウグスト・クント^{[1] [2]が}気体または固体棒内の音速を測定するために発明した実験用音響装置です。この実験は、気体内の縦波（視覚化が難しい場合が多い）を実証できるため、現在でも教えられています。現在では、定在波と音響力 の実証にのみ使用されています。

管は透明な水平のパイプで、コルクの粉、タルク、リコポジウム などの微粉末が少量入っています。^{[3]管の一方の端には、単一の周波数（}純音）の音源があります。クントは、こすることで振動または「鳴らす」金属棒共振器を使用しましたが、現代のデモンストレーションでは通常、正弦波を生成する信号発生器に接続されたスピーカーを使用します。管のもう一方の端は、管の長さを調整するために使用できる可動ピストンでブロックされています。

サウンド ジェネレータをオンにしてピストンを調整すると、チューブからの音が突然かなり大きくなります。これは、チューブが共鳴状態にあることを示しています。つまり、チューブの一方の端からもう一方の端まで往復する音波の往復経路の長さが、音波 の波長 λの倍数になります。したがって、チューブの長さは波長の半分の倍数です。この時点で、チューブ内の音波は定在波の形になり、空気の振動の振幅は、節と呼ばれるチューブに沿った等間隔でゼロになります。粉末は移動する空気に巻き込まれ、これらの節で小さな山または線状に落ち着きます。これは、そこでは空気が静止して静かだからです。山の間の距離は、音の波長の半分λ /2 です。山の間の距離を測定することで、空気中の音の波長λ を見つけることができます。音の周波数fがわかっている場合は、それを波長で乗算すると、空気中の 音速cが得られます。

${\displaystyle c=\lambda f\,}$

粉末の細かい動きは、実際には音波と管の表面の空気の境界層との相互作用によって引き起こされる音響流^{と呼ばれる効果によるものです。 [4]}

管に空気以外のガスを充填し、真空ポンプで部分的に排気することで、クントはさまざまな圧力のさまざまなガス中の音速を計算することもできました。振動を発生させるために、クントは管のもう一方の端を、管の中に突き出ている金属棒の端に緩いストッパーを取り付けて中央で締め、それを止めました。ロジンを塗った革片で縦方向にこすると、棒は基本周波数で縦方向に振動し、高い音を出しました。空気中の音速がわかると、クントは共鳴棒の金属中の音速を計算することができました。棒の長さL は金属中の音の波長の半分に等しく、粉末の山の間の距離dは空気中の音の波長の半分に等しかったです。したがって、2 つの比は 2 つの材料中の音速の比に等しかったです。

${\displaystyle {\frac {c_{\text{金属}}}{c_{\text{空気}}}}={\frac {f\lambda _{\text{金属}}}{f\lambda _{\text{空気}}}}={\frac {\lambda _{\text{金属}}}{\lambda _{\text{空気}}}}={\frac {L}{d}}\,}$

クント以前に使用されていた、チューブで波長を決定するあまり正確ではない方法は、共鳴時のチューブの長さを測定するというもので、これはほぼ半波長の倍数に等しい。この方法の問題点は、空気のチューブが音源によって駆動される場合、共鳴時の長さが半波長の倍数と正確に等しくならないことである。^[3] スピーカーの振動板の隣にあるチューブの音源端の空気は振動しているため、定在波の節（振幅がゼロになる点）に正確に位置しているわけではない。節は実際にはチューブの端から少し離れたところにある。クントの方法では、節の実際の位置を非常に正確に決定することができた。

• クラドニプレート、別の定在波可視化技術。
• ルーベンス管は、定在音波と音圧の関係を示しています。

• Hortvet, J. (1902)。『初等実用物理学マニュアル』。ミネアポリス: HW Wilson。119 ページ以降。