Термоакустическая труба Рийке
Vložit
- čas přidán 5. 09. 2024
- Труба Рийке при нагреве воздуха внутри неё начинает звучать на частоте основного тона. В ролике объясняется, как возникает этот автоколебательный режим.
Ключевые слова: термоакустика, собственная частота, автоколебания, thermoacoustics, Rijke tube
Поющая пробирка • Поющая пробирка
Флейта и свисток • Флейта и свисток (стар...
Маятник Жуковского и скрипка • Маятник Жуковского и с...
Поющая травинка и Такомский мост • Отчего разрушился Тако...
Неустойчивость садового шланга • Неустойчивость садовог...
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass...
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
Интересно было бы положить кусочек щепки на сетку для образования дыма и посмотреть картину, которая будет образовываться внутри трубы.
+ задымить
и запылить микрочастцами
+ снять сквозь фильтр магнитожидкостной плёнки
Интересно будет посмотреть на то, как будут выглядеть потоки воздуха, если его подкрасить дымом
Колебания дыма с частотой 160Гц не увидите. Тягу - увидите. То есть просто идёт дым по трубе, медленно... и гудит.
Большое спасибо за объяснение. Наблюдал похожий эффект в быту, долго не понимал в чем дело.
Как-то раз в гараже заводил автомобиль без части глушителя. После прогрева начался резонанс трубы глушителя. И даже после выключения двигателя, было ощущение, что звук усиливается какое-то время, и только после минут двух начал медленно утихать.
Однажды наблюдал эксперимент с трубой примерно такого же размера и его результат оказался загадочным. Возможно, это заинтересует авторов канала в качестве новой идеи для ролика. С одного конца трубы присоединялся динамик, на который подавался гармонический сигнал переменной частоты. Второй конец оставался открытым. В трубу засыпались легкие частицы в небольшом количестве, чтобы тонким слоем покрывать «дно» трубы, когда она лежит горизонтально. Например, шарики пенопласта или пробковая крошка. При включённом динамике частицы перераспределялись на нижней поверхности трубы так, что образовывали поперечные эквидистантные полосы-гребни. Промежутки между ними были почти пустыми. Расстояние между полосами оказывалось совершенно не равным длине волны звука. Были предположения почему так получается, но без подтверждений.
в быту ещё можно наблюдать формирование подводных дюн и на дне корыта или лотка для мытья обуви, в котором раскачивается стоячая волна воды, а плавучие соринки дают возможность наблюдать потоки воды
Интермодуляция? Суммарные и разностные частоты между частотой динамика и резонансной частотой трубы?
Или, может, просто одна из гармоник, близкая к резонансной частоте трубы?
динамик мог излучать в трубу и мощные бегущие акустические волны, слабо отражающиеся от конца трубы, кторые могли возмущать своими возвратно-поступательными колебаниями воздуха вихревые (так называемые акустические) течения воздуха с отрывами потоков от всяких выпуклостей и заострений, взаимодействуя с горами соринок на стенке трубы и постедством возмущения этих вихревых течений собирть дрожащие соринки в рябые барханы с обострёнными гребнями, и пространственная частота этой барханной ряби и воздушно-вихревых ячеек может отличаться от пространственной частоты акустических волн
@Евгений Оказывалось во много раз меньше длины волны (соответственно, гораздо меньше половины длины тоже)
@@Uni-Coder Было замечено, что длина периода образующейся структуры существенно зависит от размера частиц! Это наводит на подозрения, что эффект слабо связан с длинами звуковых волн
Интересно было бы попробывать нагревать сетку электропроводами, и менять вольтаж
После 4:20 ничего кроме светового меча в голову не лезло. И да пребудет с Вами сила.
Вы очень здорово ведете. Жаль, у меня нет ни сына, ни внука надлежащего возраста.
У меня есть. Только мало с этого наличия толку))
@@anatoliy333 Не каждого заинтересует та или иная наука, особенно среди потерянных поколений.
Пойду гуглить при каких таких обстоятельствах дядечка Рийке умудрился открыть этот эффект)))
Ахахах дошло о чем вы)
Чудесный канал. Спасибо вам и Удачи. Буду сына первоклассника приобщать.
Очень было бы интересно посмотреть объяснение термоаккустического стирлинга
@@schetnikov у Белецкого есть видос про термоаккустический с мембраной. Он как бы закольцованый.
Вот меня он оч интересует, только в большем масштабе, хотелось бы понимать как он работает прежде чем пытаться.
И ещё не могли бы вы объяснить почему от тряпки с ацетон ом расходится вода на столе, видео у меня на канале. Спасибо)czcams.com/video/EvmWhXYYmw4/video.html
даже если в стирлинге работают акустические или нелинейные ударные волны газа без поршней и упругих мембран, их энергетическая подпитка не обходится без взаимодействия этих газовых волн с сетками регенераторов тепла-холода, и эти процессы газодинамического обтекания и теплового взаимодействия газа с сетками тепловых регенераторов инерционны, и эта инерционность важна принципиально для фазировки активного сжатия-расширения газа в определённых зонах газовых волн, кроме тепловой инеции системы, сетки регенераторов имеют распределённые массы и упругости, в результе чего они могут упруго заколебаться, особенно резко параметры их вынужденных колебаний изменяются вблизи резонасных частот при высокой добротности колебательной системы (характеристический спектр колебателной системы со множесвом степеней свободы может быть сложным, и пространственные моды колебаний тоже), а для работоспособности критичного к точной настройке аппарата может оказаться необходима не только педантичная фабриковка аппарата по рабочим чертежам-схемам со спецификациями, но и достаточно точная-адаптивная настройка параметров сфабрикованного изделия, т.е. для фабриковки и настройки аппаратуры и оборудования может потребоваться технологическая документация или достаточно сообразительные-умелые мастера-воспроизводители и мастера-настройщики-наладчики аппаратуры и боборудования (которые способны сообразительно и умело дополнять смесь полученной и сомнительной информации с помехами собственными фантазиями в процессах доведения предмета труда до ценной кондиции)
@@schetnikov выше правильно советуют: делайте сразу вариант с мембраной. Там механическая часть гораздо проще и менее требовательна к точности изготовления деталей, чем в варианте с "классическими" поршневыми группами.
ЗЫ За образец можно взять хоть вот эту конструкцию: czcams.com/video/c2ZquazrhU0/video.html
то что происходит когда сетка сверху легко понять на 10:33. Сетка толкает воздух вверх, и снизу это совпадает с движением воздуха при колебании, а сверху трубку наоборот, воздху двигается вниз и тормозится сеткой.
по идеи если возбуждать колебания другим источником (дуть хлопать ) то с сеткой на верху должна подавляться первая мода, (да и все нечетные) было бы интересно увидеть проверку)
Если предположить, что громкость звука 100 Децибел, то амплитуда колебаний давления составляет 2 Па, а амплитуда колебаний температуры в газе 1,7 мили Кельвина. Таким образом теория о том, что колебания температуры газа влияют на колебания температуры сетки несостоятельна. А вот в термоакустическом двигателе амплитуда колебаний давления уже может составлять 10 % от среднего давления, то есть около 175 Децибел и даже тогда колебания температуры всего лишь около 8 градусов
Я электронщик и часто нахожу электронные аналогии физических процессов, происходящих с телами. Достаточно вспомнить водопровод - аналог электросети. Так вот, про трубу Рийке, наверное все правильно изложено, тут добавить или спорить не о чем. А вот для флейты могу предложить другое объяснение, в котором "клапан" не нужен. Когда мы дуем на клин, мы создаем комплекс звуковых колебаний - белый шум. А труба флейты резонирует на один из компонентов шума, этот резонанс мы и слышим. Но на его фоне мы слышим и оставшуюся часть белого шума. Это создает специфический шипящий тембр флейты.
Вообще-то я не совсем корректно сказал, что клапан не нужен. Он не нужен для возбуждения колебаний. А в дальнейшем сами колебания столба воздуха становятся "клапаном". Флейта звучит громче, чем если бы это был просто резонанс на фоне беспорядочных колебаний, значит столб воздуха получает подпитку от "клапана".
Водопровод существует дольше электрических цепей, так что это электросеть - аналог водопровода, а не наоборот.
Если флейта создаёт белый шум, у неё нет звука. Можете попробовать. У Вас белый шум точно получится с первого раза.
Просто фильтрация белого шума и автоколебания звучат совершенно по-разному. Лет 12 назад я сам пробовал делать из ассортимента строительных магазинов самодельные музыкальные инструменты, но со звукоизвлечением по типу башкирского курая, или персидского нэя и т.п. И, конечно, довольно долго не мог освоить звукоизвлечение - поскольку, во-первых, оно там довольно нетривиальное, нужно научиться, во-вторых, нужны определённые оптимальные размеры трубы. Правда, есть более простой способ звукоизвлечения на тех же трубах - по типу арабского/турецкого нэя (струёй от губ об край трубы), но проблема в том, что при этом эффективная длина трубы на несколько сантиметров короче, чем при звукоизвлечении по типу башкирского курая, персидского нэя и т.п. (с засовыванием трубки в рот и образованием струи между языком и верхней стенкой рта от нёба до дёсен), так что корректная настройка трубки (т.е. подбор положений и диаметров отверстий) возможна только при том способе звукоизвлечения, которым предполагается играть.
Так вот, чтобы не терять время, я тогда выходил из положения именно таким образом: не имея ещё навыка извлекать звук, просто дул как мог в соотв. положении инструмента и записывал звук, после чего смотрел спектры и спектрограммы в соответствующей программе, где там максимумы. Это действительно позволило правильно подбирать положение и размеры отверстий и тем самым делать уже более-менее правильно настроенные трубки - но звук при это был именно лишь немного окрашенным шумом. Лишь через несколько недель попыток начало получаться извлекать именно "штатный" звук, т.е. возбуждать автоколебания. Хотя именно эти инструменты отличаются довольны сильной шумовой составляющей в тембре, хорошо слышимой (в силу того, что струя разбивается не об острую, а об тупую кромку - просто об срез тонкостенной трубы, грубо говоря) - но всё же по мощности безусловно преобладают автоколебания на выбранном тоне.
Я тоже электронщик и по аналогии с генераторами, даже со стирлингом, написал свой комментарий. А часчет белого шума, то должны выделяться и другие гармоники, уже от звука второй гармоники услышали бы аккорд :)
@@schetnikov При наличии несколькиx гармоник результирующий сигнал больше поxож на прямоугольный, так как начальные фазы привязаны к основной гармонике и это на слуx отражается изменением тембра частоты основной гармоники. Вместо звука "У" слышен "И". И это я считаю аккордом, может это не совсем правильно
Еще б чуток и Ваше обяеснение раскрыло бы принцип работы акустического фазоинвертора и четвертьволновика. Аудиофилы были бы в восторге! )))
Благодарю, мы уже в восторге ! Следующее поколение активных колонок , непременно будет снабжено *вертикальной* трубой и *нагревательной лампой* !
Ваши изобретатели недопоняли смысла нашего, т.е. вашего природного способа звукоусиления... .
Рок и урок слишком жесток !
Можешь пояснить?
@@dtuser1183 путін чмошнік
13:49 Не гудит, потому что собственные колебания трубки и импульсы, создаваемые сеткой находятся в противофазе.
гениально !
Постойте-постойте, а если замороженную губку поставить при верхнем положении трубы? o_O
@@RobotN001 ⊙.☉
Наоборот - ускорено гасит колебания
Свойства среды - студент учти !
Прекращай пинать ×√u.
Привет всем любителям физики и физических экспериментОВ! Так будет звучать правильнее...
И так, и так правильно. Нюансы смысла лучше подходят к разным ситуациям. Вариант как произносит здесь Андрей Щетников звучнее и на мой взгляд несколько уместнее.
Тут всё просто: снаружи холодный воздух, а в трубе теплый. Он собирается в пузырь и всплывает наверх, выталкивая холодный. Это одно колебание. Затем холодный воздух вновь наполняет трубку и начинает нагреваться снова. Процесс повторяется, возникает звук. СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! :-)
Интересно у Вас здесь. 👍
У Вас прозвучало слово ТЯГА. Заводские трубы делают максимально высокими, чтобы тяга была сильнее. Тяга пропорциональна высоте трубы. Поэтому, когда Вы переворачиваете трубку, тяга уменьшается в 3 раза. Скорость воздуха в трубке уменьшается соответственно и звук не возбуждается.
Что касается объяснения возникновения звука в трубе, то для убедительного объяснения надо иметь усилитель звука и обратную связь. При мягком самовозбуждении, которое имеет место в опыте, усилитель должен усиливать даже шумы.
Усилитель таков. При прохождении воздуха через сетку он нагревается. При этом уменьшается его плотность и соответственно увеличивается скорость, так что произведение плотности на скорость остается неизменным. Например, если воздух нагрелся до 300 С, то его плотность уменьшилась в 2 раза, а скорость возросла в 2 раза. При этом плотность кинетической энергии, которая пропорциональна квадрату скорости, увеличивается в горячем воздухе в 2 раза. Если на входе имеются флуктуации, то их мощность также увеличивается в 2 раза. Таким образом мы имеем усилитель с коэффициентом усиления по мощности равным 2.
Осталось найти обратную связь, которая ослабляла бы мощность флуктуаций менее чем в 2 раза. Пусть флуктуация скорости направлена вверх, то есть совпадает со скоростью движения воздуха. Относительно стенок трубки такая флуктуация движется со скоростью большей скорости звука, поэтому мощность такой флуктуации увеличится в большей степени, чем мощность ламинарного потока. Эта флуктуация со скоростью звука (в движущемся воздухе) достигнет верхнего конца трубы, отразится с изменение знака скорости и начнет распространяться вниз со скоростью звука в подвижном воздухе, но с меньшей скоростью относительно стенок трубки. Чем меньше скорость относительно трубки, тем меньше коэффициент ослабления. Достигнув нижнего конца трубы, флуктуация отразится опять с изменением направления скорости, то есть скорость внутри флуктуации снова будет направлена вверх, а мощность флуктуации несколько больше, чем в предыдущем обороте. Получаем положительную обратную, связь, которая сильно вредит радиолюбителям при создании усилителей с большим коэффициентом усиления.
Для получения усилителя необходимо в трубке создать положительный градиент температуры, таким образом, ятобы скорость воздуха в трубе была максимальной. Для этого необязательно нагревать сетку. Достаточно внести пламя горелки внутри трубы. Труба прекрасно гудит, когда пламя горелки только внесено внутрь трубы на 0.48, когда сетка еще не нагрета. Поэтому сетка - это частный случай, Про сетку можно забыть. Все работает и без сетки.
Хотелось бы возразить автору по поводу механизма работы сетки в качестве клапана. Вы говорите, что когда поток воздуха направлен наружу трубки и когда воздух немного охлажден вследствие такого расширения, сетка остывает и конвекционный поток ослабевает. Но ведь это получается положительная обратная связь, т.е. воздух будет дополнительно выходить из трубки, что будет способствовать охлаждению воздуха и более сильному охлаждению сетки и ослаблению конвекции.
Однако для существования колебаний в тот момент, когда воздух выходит наружу, должна появляться сила, способствующая возращению воздуха обратно в трубку. Такой силой будет усиливающийся конвекционный поток вследствие увеличения разницы температур воздуха и сетки. В результате работа сетки в качестве клапана будет противоположной тому, как объясняете вы.
В поддержку моей точки зрения можно дать простой ответ на ваш вопрос в конце видео. Если сетку расположить сверху, то в тот момент, когда воздух выходит из трубки наверх, увеличивается разность температур воздуха и сетки из-за охлаждения воздуха, усиливается конвекционный поток вверх (наружу из трубки), и не возникает возвращающей силы. В результате колебаний не возникает.
Вы правы, именно так. Авторам дизреспект в данном случае однозначный.
Вообще-то для автоколебаний некая положительная обратная связь как раз и нужна, и если бы она была такой, в этом не было бы проблемы. А с вашей отрицательной обратной связью колебания только быстрее бы затухали. Силой для возвращения является, так же, как оно было и при свободных затухающих колебаниях, разница давления в трубке с окружающим атмосферным - и ничем её подменять не требуется, она и только она обеспечивает именно ту частоту звука, которую мы наблюдаем. Однако, как мне (а также двум ранее выступившим авторам комментов) представляется, именно такой обратной связи вообще нет - ни положительной, как в версии автора видео (об этом я уже написал в других комментах), ни отрицательной, как у вас (с чего бы вдруг конвекционному потоку зависеть от разницы температур воздуха в трубе с сеткой, а не только с воздухом же в комнате).
@@tomankt Представьте себе ситуацию: сетка и окружающий ее воздух имеют одинаковую температуру. Тогда никакого конвекционного потока не будет. Если теперь сетка будет горячее воздуха, то она будет нагревать тот воздух, который находится рядом с ней, этот воздух будет горячее и легче окружающего, и возникнет конвекционный поток. Если наконец сетка очень сильно нагрета, то и нагрев ею воздуха будет быстрее и больше, вследствие чего конвекционный поток будет интенсивнее.
Позволю себе не согласится с авторами ролика. Итак, по пунктам:
1) Нагрев воздуха акустическими колебаниями. Зная объем трубы, теплопроводность воздуха, можно посчитать сколько понадобится энергии чтоб поддержать разность температуры хотя бы в один градус. И что-то подсказывает, что энергии звуковых колебаний будет явно недостаточно для этого. Ну, хорошо, допустим.
2) Изменение температуры сетки. То есть Вы считаете, что температура сетки может существенно меняться с частотой 180 раз в секунду? После этого утверждения я вообще перестал понимать, как работает лампа накаливания (практически не мигая) в сети переменного тока 50 Гц. Почему нить накала такая инерционная, а наша металлическая сетка вдруг начала нагреваться и охлаждаться практически мгновенно? И это при том, что, нить накаливания разогревается непосредственно протекающим током, а охлаждается окружающим воздухом (через колбу). У нас же сетка и нагревается, и охлаждается окружающим воздухом (который, как мы выяснили, выше никак не может быть нагрет до большой разницы температур, если вообще такая разница присутствует), процесс теплообмена с которым тоже происходит далеко не мгновенно.
Прежде чем разобраться с происходящим обратим внимание на два момента.
1) Низкоскоростной поток (течение) воздуха никак не влияет на распространение звука. Сквозняк (поток воздуха) в квартире никак не повлияет на распространение звука в ней.
2) Одни и те же преграды могут совершено по-разному влиять на распространения звука и течение потока воздуха. Ткань, которой обтянута акустическая система не препятствует звуку, но если вы ее поднесете к вентилятору, то она отклонится, так как далеко не «прозрачна» для потока воздуха.
Энергия колебаний в трубе поддерживается постоянным потоком теплого воздуха от нагретой сетки. Но сетка, выполняет и вторую функцию. Не только нагревает воздух, но и задерживает, «тормозит» поток теплого воздуха. Давление потока теплого воздуха перед ней становится больше, чем после нее. «Попытка» выровнять это давление приводит к началу колебаний. Сетка находится в узле колебаний (точке постоянного звукового давления). В один из полупериодов звуковое давление перед сеткой уменьшается к началу трубы и увеличивается после нее к середине трубы. В следующем полупериоде происходит все наоборот. Звуковое давление модулирует воздушный тепловой поток, периодически изменяя его скорость. Сетка служит как бы накопителем энергии воздушного теплового потока, задерживая его в одной фазе и «сбрасывая» возникшее избыточное давление во второй. И эта ее функция возможна по причине, описанной выше. Сетка беспрепятственно пропускает звук (звуковое давление) и тормозит тепловой воздушный поток.
Проверить мое предположение просто. Не нагревать сетку, установить в конце трубы вентилятор. И я, думаю, мы услышим тот же звук в трубе, подобрав скорость нагнетания (или «втягивания», не знаю как лучше) вентилятора.
Вот почему слышат странные звуки в городах пугающие людей продувки заводских или котельных труб здорово!
Спасибо за шажки просвещения
Большое спасибо!
Не согласен с Вашим объяснением. Прикиньте для начала разницу температур в фазе сжатия и в фазе расширения. "На глаз" - мне кажется, что это явно меньше 1К, сильно меньше. (Как оценить точней - надо подумать) При этом, температура воздуха - 300К, температура сетки ~1000К, разность ~700. При такой разности, колебания амплитудой в 1К - 0.13% - что-то мне подсказывает, что их влиянием на теплопередачу можно пренебречь :)
к тому же, тягу создаёт весь столб горячего воздуха, а не малая dh в районе губки. слишком много сильно ослабляющих коэффициентов в модели.
Кстати было-бы интересно посмотреть процесс гудения трубы в тепловизор...
+
Совершенно верно! С задымлением и с напылением всенепременно !
+ тепловизор
+ магнитожидкостная плёнка
+ разумная критика чужих авторитетных заявлений
Вот поэтому воздух и совершает свои колебания! (с)
Ну почему у меня не было в школе такого преподавателя. Я б наверное физиком стал.
У нас был отличный физик с 7 по 8 класс, всегда с увлечением занимались у него на факультативе по Физике. Затем физик ушёл на завод, появился другой, у которого занятия по данному предмету стали не интересны.
ответ на вопрос, давайте нарисуем график скорости молекул воздуха при колебании стоячей волны.
Как очевидно показать, во втором положении вверху фаза будет смещена на Pi, тесть колебания скорости будут противоположны колебания скорости при положении сетки внизу, а поскольку у нас восходящий поток воздуха то скорость в противофазе погасит генерацию, тут все аналогично обычному генератору в котором у нас не выполняется условие фаз. Рисуем картинку и все становится понятным.
Это очень круто!
а куда делось видео, где вы приёмно-передающий тракт назвали трансформатором? )))))
опыт с переворачиванием трубы не равносилен нагреву с длинного конца. так как короткая часть остается более нагретой.
Ответ на заданный вопрос, как я себе понимаю, довольно простой: при перенесении сеточки вверх положительная обратная связь, необходимая для возбуждения колебаний, становится отрицательной, потому как колебательная скорость в верхней четверти направлена противоположно таковой в нижней четверти, а вот поток воздуха от нагретой сеточки направления не меняет. Интересно, много ли ответов было дано за год с выхода этого ролика? Пожалуй, почитаю комменты.
Кстати, интересно было бы вместо нагретой газом сеточки поместить туда спираль электрического нагревателя. В этом случае экспериментировать можно хоть до посинения, а не пока сеточка остынет. 🙂
Всё в природе завязано на волновые процессы. Недавно пришёл к такому выводу.
Если сетка слишком высоко то воздух не успевает остыть для обратного толчка. Думаю если сделать трубку теплоизолированной то неважно где будет сетка, звука не будет.
чем то похож на импульсный реактивный двигатель, но в реактивном двигателе проще понять источник колебаний.
п.с. вот бы замерить температуру сетки очень быстрым инфракрасным термометром
Ух ты... На столе розеточка для варенья. Я когда маленький был, у нас дома такие были. Что бы все не лазили своими ложками в общую банку,в них мама варение наливала каждому отдельно.
Вы мне напомнили трубу Рубенса )
похоже этот звук часто используют в фантастических фильмах
На месте сетки поставьте зажженную свечу. Должно звучать.
Это хорошо,что вы (минута 10:18) упомянули инерцию изменения температуры металлической сетки при 180 Гц. Если в электрической лампочке накаливания, при 50 Гц сети, ее нить, почему-то, не успевает мигать, заметно остывая при прохождении синусоиды напряжения через ноль вольт, то почему заметно, т.е. уже влияя на "тягу", или увлекаемым вторичным нагревом вертикальным потоком воздуха, этот эффект должен сказаться при таком малом отведенным параметрами трубы интервале времени? Из аналогии с синусоидой звука и сети, речь о половине от половины 180 Гц, или 1\4 от 5,5 мсек = 1,5 мсек?!. За такое время не то что теплопроводность металла не даст ему остыть, но и молекул воздуха в тепловом контакте не успеет достаточно проконтактитровать.
Не убедительно. НО! Труба звучит, это слышно, и это требует более убедительных обьяснений. Например, если "тягу" от горячей сетки заменить на просто дутье от вентилятора, будут ли автоколебания - ведь тогда "горячее" и "вертикальное" вообще нипричем?!.
С момента 9:56 я бы объяснил по другому, так как сетка за пол периода колебаний не успевает заметно изменять свою температуру. На фазе расширения воздуx повторно проxодит сетку и снова нагревается, дополнительно расширяясь. На фазе сжатия в трубу затягивается xолодный воздуx, что поддерживает фазу сжатия. Эти оба процесса и дают энергию колебанию, так как действуют синфазно
Думаю, процес иначе. В момент когда воздух сжимается его скорость растет не величину естественной тяги и отбирает тепло и увеличивается в объеме. А в момент расширения воздух должен двигаться в сторону противоположную тяге в зоне сетки, а значит стоит и не отбирает тепло
Интересно, на сколько градусов колеблется температура из-за звуковых колебаний в этой трубке )
@@hozaingor9731 , везде где есть обратная связь, есть и прямое и обратное влияние.
@@hozaingor9731 , звук везде.
Я посчитал. Если предположить, что громкость 100 Децибел, то амплитуда колебаний давления 2 Паскаля, а амплитуда колебаний температуры 1,7 мили градуса
на 90°
Наверное когда сетка находится в верху теплый воздух не поступает в середину или его поступление значительно затруднено опять же из-за тяги.Возможно чтоб при таком положении возникли колебания их для начала нужно возбудить.
Одно из соображений. Если сетка внизу, то нагретый воздух должен пройти через 3/4 трубы, если сверху, то - 1/4. Тёплый воздух поднимается сложным образом (турбулизируясь и перемешиваясь с холодным). Когда сетка вверху турбулизация (как от дым благовония или сигареты) происходит выше трубы и прогрев массы воздуха над сеткой меньше.
Есть ещё вопрос: какова роль эффекта Струхаля как во флейте, так и в трубе Рийке? Вихревые расходомеры как раз измеряют частоту отрыва вихрей дорожки Кармана и таким образом измеряют расход. Насколько важен эффект резонанса? Если вместо сетки взять диск или кольцо, будут ли возбуждаться колебания?
3/4 трубы - тяга выше и идёт поток?
На рисунке типичный индеец))
Я думаю, индейцы примерно так и рассуждали, когда проектировали флейту
Tруба все равно должна быть нагрета с противоположной стороны, чтобы стекло и воздух в стеклянной трубке нагрелись, чтобы вытолкнуть более холодный воздух из 25% трубы.
это должен быть следующий эксперимент
Ну так сами же сказали, что решётка создаёт колебания со смещением фазы. Тут наверное как в двигателе: снизу - сдвиг с предупреждением - прибавка к колебаниям; сверху - сдвиг фазы с запозданием - уменьшение колебаний.
На канале Игоря Белецкого есть много опытов с этой трубой, он даже генератор из неё делал
При поднятой сетке: энергии пульсации(турбулентных колебаний) потока воздуха не достаточно для возникновения слышимого звука, по причине его выравнивания большей силой воздействия ламинарного потока воздуха, поднимающегося с низу трубы до сетки. Но и слишком низко опущенная, нагретая сетка не позволит ламинарному потоку с низу, создать достаточный подпор для возникновения звука.🕵️
Ну инерционность сетки слишком большая, что бы на такой частоте нагреваться/охлаждаться. Значит сам воздух пульсирует проходя через сетку, а обратная связь возникает по скорости и соответственно времени нагрева от сетки. То есть в центр трубы приходят волны воздуха разной плотности и они создают звук и меняют соответственно время нагрева воздуха на сетке.
Мнение трубача. Воздух движется снизу вверх, прогреваясь в трубке и создавая колебания в верхней части, благодаря уже перечисленным в видео факторам. Для такой ширины трубы такой длины в верхней части будет недостаточно для возникновения слышимой череды колебаний. Быть может, слабые первые колебания там и есть, но они не успевают набрать силу.
Тоже подумал, что просто частота не в спектре слышимого звука :)
Вы не до конца разобрались в работе этой системы. Может быть система работает при нижнем положении сетки потому что теплый воздух создаёт тягу? Поток воздуха вверх.
Но уже есть генераторы электроэнергии которые работают на этой системе. А именно попробуйте заглушить верхний торец трубы, после этого труба будет гудеть при любом положении хоть вертикальном и горизонтальном и в перевёрнутом. В такой системе можно найти что система работает по циклу Стирлинга
Когда сетка вверху, то тяги почти нет, т.к. объëм нагретого воздуха в трубе над сеткой гораздо меньше, чем под ней. Процесс поэтому затухает.
Дак вот и объяснение шума из Кольской скважины о котором ходят легенды
Боюсь, что колебания температуры газа из-за звука слишком малы для обьяснения этого эффекта. В самом деле, звук не такой уж громкий, уровня обычного разговора, децибел 60. Соответствующее звуковое давление всего около 0.02 Па. Для адиабатического процесса относительное изменение температуры по порядку величины равно относительному изменению давления (по сравнению с атмосферным давлением порядка 10000 Па), т.е. порядка 10^{-7}. Это очень-очень слабый эффект, изменение температуры газа даже вблизи раскаленной проволоки не более 0.0001 градуса по сравнением с температурой проволоки порядка 1000С. Можно, конечно, сказать, что резонанс и не такое может, но ведь Вы сами показываете, что без подпитки звук затухает быстро, за время порядка секунды. Значит при частоте 180Гц, добротность резонанса не больше 1000. Аж четыре порядка не дотягивает!
Скорее, эффект можно обьяснить изменением теплопередачи от проволоки к воздуху из-за изменения скорости воздуха. Исходя из того же звукового давления, амплитуду колебаний скорости воздуха можно оценить как величину порядка 10 см/с. Это, вероятно, вполне сравнимо со средней скоростью воздуха из-за тяги. Т.е. когда воздух выходит из трубы из-за звуковой волны, 10 см/с вычитаются из скорости тяги и полная скорость водуха относительно сетки падает, а значит, падает и скорость теплопередачи. И наоборот, когда воздух заходит в трубу из-за волны, скорости складываются, полная скорость воздуха относительно горячей сетки возрастает, и теплообмен должен усилится.
Предлагаю еще простой эксперимент: переверните трубу! Она будет гудеть? (В Вашем аргументе ничего не должно измениться, если сеточка окажется вверху) Спасибо за красивые эксперимент и обсуждение!
@@schetnikov ну а крикнуть-то вы громче этой трубы можете? И как, температурный эффект голосовые связки не мучает?:)
Присоединяюсь к вашему мнению. Собственно, эксперимент с переворачиванием трубы как раз и был проведён в конце видео (вы не досмотрели, что ли?), и она в самом деле не гудит.
@@schetnikov Однако, не в децибелах дело (да и сколько бы ни было, колебания температуры всё равно весьма невелики, да и отклонения от ровной кривой охлаждения сетки практически очевидно определяются только колебаниями скорости воздуха через неё, а не крайне малыми изменениями температуры). Принципиальная проблема вашего объяснения, как мне кажется, в том, что "тяга" просто не может измениться локально и мгновенно на отдельно взятом участке. Там просто нет никаких сил (кроме аэродинамического сопротивления сетки, которое, очевидно, только жрёт энергию колебаний, и силы тяжести, которая постоянна), которые могли бы в периодическом режиме прикладываться по вертикали к массе воздуха около сетки и вообще где-либо в трубе в фазе с колебательной скоростью. Разность сил есть только за счёт разницы давлений с атмосферным на входе и выходе трубы - таким образом, "тяга" 1) в принципе определена только для трубы в целом, а изменение тяги по трубе в целом ничего не даёт для симметричного полуволнового колебания, 2) изменение этой тяги по трубе в целом устанавливается после каких-либо изменений внутри за время порядка времени распространения звуковой волны от места изменения до концов трубы, ну и результат (в виде изменившегося ускорения) до места возмущения доходит за такое же время, а точнее, прокатывается ещё много раз в виде постепенно затухающих колебаний. Объяснять через прохождение этих колебаний "тяги" (или уже не тяги, а просто звуковых, если честно), причём через неравные "петли" сверху и снизу, с соответствующими расхождениями по фазе, наверное, можно - но как-то слишком сложно получается.
А если рассматривать только условно мгновенные (относительно масштаба периода колебаний) локальные эффекты - то любые локальные нагревания-охлаждения газа в каких-то малых областях, например, около сетки, могут мгновенно приводить только к совершенно симметричным изменениям сил давления на этот участок столба газа с обеих сторон - поэтому накачка энергии в колебания за счёт вертикальных сил, приложенных к отдельному малому участку столба в фазе с колебаниями скорости, представляется невозможной, за неимением таких сил.
Зато вполне возможна накачка за счёт периодического нагрева газа (т.е. дополнительного увеличения давления) в фазе со скоростью же - а значит, и в фазе с колебательным увеличением давления.
Да, ещё момент. Я вот заметил, что когда вы поворачивали трубу в горизонтальное положение, гудение прекращалось далеко не сразу (т.е. в гораздо более медленном темпе, чем было затухание свободных колебаний после хлопка по торцу), а в первый момент, во время самого поворота, даже становилось громче. Предполагаю, что это объясняется так: медленное ослабление гудения - за счёт инерции потока воздуха, который не сразу останавливается после поворота. А короткое усиление звука - за счёт того, что труба поворачивалась не симметрично, не вокруг центра, а с некоторым набеганием нижнего конца на стоячий воздух, что дополнительно увеличивало поток. В свете этого предлагается такой простой эксперимент: расположить ту же трубу с нагретой сеткой горизонтально в струе воздуха от вентилятора, то бишь, просто дуть на вход трубы вентилятором. Очевидно, поток необходимого направления в трубе при этом будет, а никакой гравитационной/инерционной "тяги" ни в каком понимании уж точно не будет.
Для меня объяснение не имеет смысла, потому что я так и не понял почему в трубке в принципе образовываются колебания (было бы очень хорошо, если бы Вы это добавили в объяснение... надеюсь это есть по предложенным ссылкам), но даже без этого внимательно послушав объяснение можно дать ответ на вопрос о перевёрнутой трубке. Сетка в перевёрнутой трубке работает в противофазе с колебаниями воздуха в ней (когда воздух сжат и потому более нагрет, сетка нагревается и пытается его толкать вверх сильнее, тем самым действуя на расширение). Но мне правда, очень не хватает в этом объяснении хотя бы коротенького пояснения почему же воздух вообще начинает колебаться, а не идёт сплошным ускоряющимся потоком изначально.
Расскажите про свисток, очень интересно
Свисток устанавливают на паровоз, а спереди запрягают коней. Не благодарите!
На спиннинге тоже плетенка гудит и очень сильно ! Хотя ветерок даже незначительный и еле заметный.
Потому что горячий воздух поднимается вверх, в в короткой части слишком далеко до половины длинны волны
Ну раз уж автор взял в руки флейту, то предлагаю ответить на такой вопрос:
Если мы изготовим две ОДИНАКОВЫЕ ПО ДЛИНЕ флейты кена, но при этом сделаем РАЗНЫЙ ДИАМЕТР ВНУТРЕННЕГО КАНАЛА, то какая флейта будет иметь более высокий строй - та у которой внутренний канал большего диаметра или та у которой внутренний диаметр меньше?
Величина колебаний зависит от длины трубы.Диаметр наверное повлияет на мощность звуковой волны.
У меня вопрос. А как это звуковая волна отражается от открытого конца трубы или флейты? А финиш всему, в духовом инструменте отверстия изменяют частоту колебаний. Как это всё обьясняется законами физики? Тут потребуется целая серия роликов,чтобы всё это прояснить.
Насчёт того почему труба не поёт когда перевётрнута. Так столб горячего воздуха меньший, а соответственно и скорость ниже. В итоге клапан получается разрегулирован и работает не впопад с колебаниями поэтому звук и пропадает.
Собственно, в некотором грубом приближении у духового инструмента ближайшее открытое отверстие является работающим в данный момент открытым концом, потому частота и меняется в зависимости от того, какое отверстие является ближайшим открытым. Если немножко точнее, то отверстия за счёт того, что имеют диаметр меньше сечения самой трубы, являются эквивалентом ещё некоторой дополнительной длины трубки, и эта дополнительная длина тем больше, чем меньше диаметр отверстия (но чем меньше диаметр отверстия, тем хуже отражение с переворотом давления по закону для открытого конца и соотв. больше потери энергии - так что при слишком малых диаметрах отверстий звукоизвлечение затрудняется, а то и становится вовсе невозможным, если это отверстие единственное открытое - однако вот в качестве "модификаторов" для соседних больших отверстий маленькие могут с успехом применяться, и такие схемы зачастую применяются в духовых инструментах для удобства/возможности расположения пальцев на отверстиях).
А как вообще происходит отражение от открытого конца, объяснять действительно довольно долго, по-хорошему это не обойтись без дифуров. В первом приближении, просто взять одномерное волновое уравнение и задать граничное условие, что давление где-то около среза равно нулю.
Или, если совсем "на пальцах", когда, например, фаза, в которой воздух должен разгоняться вперёд, докатывается до открытого конца, снаружи давление в процессе этого разгона не поднимается так, как это было внутри трубы, поскольку воздух имеет возможность расходиться в стороны во всех направлениях, т.е. по многократно большему сечению, так что для разгона того же мгновенного расхода требуется многократно меньшее ускорение. В результате масса воздуха в трубе перед самым концом, не встретив "обычного" (как было по всему ходу трубы) противодавления спереди, не прекращает своего разгона (по ходу трубы этот разгон заканчивался на пике давления, сменяясь замедлением на спаде давления - это если мы говорим о бегущей волне, не о стоячей), и разгоняется "избыточно", почти вдвое быстрее (и разгон этот начинает тормозиться только когда за этой избыточно разогнавшейся массой воздуха появляется дополнительное разрежение). Ну вот и возникла перевёрнутая по давлению волна, в данном случае, разрежения, которая и побежала назад по трубке.
@@tomankt Спасибо!
На неудачном рисунке, неудачный выбор флейты!
Первые флейты ,,Пана" , сопели и свирели были из *вертикальных* трубок бамбука!
Дул дударь, плюс гравитация , = р е з о н а н с
схлопывания среды...
Здесь нет объяснения, почему всё-таки возникают колебания воздуха в трубе, равно как и в дудке... В ролике Гервидса Валериана Ивановича "Поющая труба " есть очень чёткое объяснение....
Честно сказать, там вообще объяснения нет. Когда объяснение оказывается слишком сложным, он иногда делает правильный для формата своих демонстраций ход: заменяет объяснение чем-то вроде пассов. Это ни в коем случае не претензия, наоборот, я считаю это нормальным: иногда "скользить мимо существенного".
На самом деле это неправильное объяснение принципа работы трубки Рийке. На моём канале есть видео с правильным объяснением. Суть заключается в том, что в трубке Рийке порция газа, находящаяся около сетки при расширении находится больше времени в горячей зоне, то есть над сеткой, а при сжатии больше времени в холодной зоне, то есть под сеткой. Если предположить, что усиление колебаний связано с колебаниями температуры сетки, как сделано в этом видео, а колебания температуры сетки вызваны в свою очередь колебаниями либо давления, либо скорости газа, то максимум усиления должен наблюдаться при расположении сетки в середине трубы, если колебания температуры сетки вызваны колебаниями давления и на концах трубы, если вызваны колебаниями скорости газа. Так что Эта теория о усилении волны из-за колебаний температуры сетки не верна. Ещё одним аргументом того, что эта теория не верна является то, что колебания температуры в акустической волне составляют доли градуса, а теплоперепад между сеткой и воздухом - сотни градусов и эти доли градуса изменения температуры воздуха пренебрежимо мало влияют на температуру сетки. В общем если кратко, то усиление волны вызвано термоакустическим эффектом и колебания температуры сетки тут абсолютно не причём.
Похоже на эффект с движущимся "пароходиком", где свечой нагревают свернутую медную трубку заполненную водой? Сеточку можно нагревать и снаружи трубы.
А я бы маленькие стрелочки по другому нарисовал. В фазе сжатия разность температур между воздухом и сеткой минимальна, сила тяги ослабевает, хотя направление тяги вверх. В фазе разрежения температура окружающей сетку среды падает, разность температур максимальна, следовательно и сила тяги максимальна и так же направлена вверх.
А, учитывая тепловую инерционность сетки, остыть быстро (1/180с) она не может, а фраза про "сетка нагревается" вообще не подкреплена в рассуждениях никаким источником энергии, т.к. это не цилиндр дизельного двигателя, и температура окружающих сетку газов не может превысить температуру самой сетки настолько, чтобы ощутимо повлиять на температуру сетки.
Спасибо за интересный канал! Стараюсь не пропускать ролики.
Нет, тут я полностью поддержу Щетникова. Вы правильно вспоминаете про тепловую инерцию, но забываете про теплопроводность. С воздухом взаимодействует поверхность сетки. А поверхность может и охлаждаться воздухом и нагреваться из глубинных слоев сетки. Учитывая, что диапазон нагрева/охлаждения, необходимый для возникновения эффекта весьма мал, то коротких промежутков (1/180с) оказывается вполне достаточно.
Вспомните, что мы можем видеть колебания яркости нити накала электрической лампочки в сети переменного тока 50 герц. Это не все видят, но фотоэлемент с усилителем, направленный на лампочку отчетливо гудит (динамик, конечно гудит, а не фотоэлемент). А чтобы стать видимым, перепад температур требуется гораздо больше, причем охлаждается нить накала в основном за счет излучения, а не контакта со средой.
Кстати, вот и идея как увидеть эти тепловые колебания сетки. Инфракрасный фотодиод и усилитель. Если колебания существуют, вы их услышите. А если еще добавить микрофон с усилителем, то считаны будут и колебания воздуха. Можно оба сигнала подать на двухлучевой осциллограф и увидеть их фазы - совпадут они с объяснением или нет.
здравствуйте, нет воронки. спасибо.
Как мне кажется по этой же причине бывает гудят печные трубы когда на улице мороз сильный и тяга очень хорошая. А почему нет гудения если трубу перевернуть вверх ногами? Получается скорость воздуха после нагрева о горячую сетку высокая, а остаток труб короткий, и воздух не успевает остыть и затормозиться создав область повышенного давления, а значит колебания воздуха получить не удастся.
Не правильно, когда воздух не течет, через сетку проходить вниз и верх некоторое количество воздуха за счет амплитуды звука и количества не зависит от направление колебаний. Когда течение есть на верх проходить много воздуха чем обратно, воздух расширяется и усиливается.
Не гудит, потому что в этом положении сетка начинает работать в противофазе, наоборот, гася колебания
13:07 звук очень похож на скрип земли. Кто слышал скрип земли, тот поймёт.
Она не гудит, потому что давление упало, а температура осталась та же.
Подскажите пожалуйста простую методику расчета фазоинвертора для сабвуфера на 30Гц.
ПАРАДОКС ВОЗДУШНОГО ШАРИКА - почему такой неповоротливый объект летит подозрительно быстро если его хорошенько пнуть рукой?
Братан, у меня похожая труба есть, бонгом называется. Расскажи лучше как он работает.
Масса воздуха меньше, по сему автоколебание не получается.
Разве в нагретом, а потому разряженном воздухе скорость звука увеличивается?
У меня созрел вопрос очень интересный. Вот нам известно что звук это волна и он распространяется с определенной скоростью. Если мы сгенерируем звуковую волну и одновременно с ней будем двигаться параллельно с той же скоростью. Будем ли мы слышать этот звук на протяжении всего пути?
Такое явление называется эффект Доплера.
Почему ничего не сказано о диаметре и материале трубы?, он же волновод.
Интересно, каким прибором измерялась такая низкая частота 180Гц?
Если трубу высунуть из окна движущегося автомобиля, то она тоже зазвучит ведь так ?
Фаза 1:".. когда у нас происходит сжатие, и повышение температуры..", - с чего бы это воздух в трубке у нас начал сжиматься?
Фаза 2: "..разность температур между сеткой и воздухом уменшаеться, потому уменшаеться и теплоотдача, сетка дополнительно нагреваеться (на самом деле не сетка а только ее поверхность, в целом сетка только остывает).... и за счет этого нагрева усиливаеться поток", - за счет какого-такого нагрева усииваеться поток, если перед этим (самиже утвердили) теплоотдача (а значит и нагрев воздуха) уменшаеться??
Не похоже ли это на пульсирующий двигатель?
Наоборот если перевернуть, то колебания не будет. Будет ровная тяга
А почему четверть, мне кажется треть было б лучше.
2:40 Симметрию нарушает нагретая сеточка, которая не в центре трубы. Получается в трубе 2 полости?
Всем привет! 4:16 тайна, почему в горизонтальном положении труба не гудит, так и не раскрыта 👀
потому что нет тяги
А если пресоидинить денамик к трубе включить музыку что получится
Горячая сетка вокруг себя нагревает воздух
сделайте электро подогрев сетки!!!
нет резонанса колебаний из-за недостаточной длинный трубки, поэтому и не гудит.
Или ситуация сложнее: при сжатии газа горячий воздух как в двигателе Стерлинга поступает в центр трубы и добавляет как-бы в цилиндр ещё температуры, а при релаксации воздух как из выхлопной и печной трубы быстро выходит вверх. Т.е. трубу Рийке надо рассматривать как ДВС, но с необычным циклом в диаграмме P-T o_O
Вот мне тоже именно такой вариант объяснения кажется гораздо более правдоподобным, нежели через ничтожно малые изменения температуры воздуха и изменения "тяги" в трубе (тем более, что изменение "тяги" - процесс медленный, требующий времени как раз порядка периода звуковых колебаний - ведь чтобы увеличилась, например, "тяга", воздух должен расшириться, а для этого раздвинуть воздух по всей длине трубы, т.е. оно бы элементарно не успевало по фазе). На сжатии конвекционный поток суммируется с колебательным, и подогревается дополнительный объём воздуха пусть не в самой пучности по давлению, но где-то всё-таки там, где давление и так растёт - а этот подогрев как бы эквивалентен мгновенной подаче туда некоторого дополнительного количества воздуха. На расширении колебательный поток тормозит конвекционный, вплоть до остановки (а может быть, даже небольшого хода навстречу - но намного медленнее), и количество передаваемого воздуху тепла снижается до минимума, так что снижению давления в трубе на этом полупериоде практически ничто не мешает.
В этом случае при перевёрнутой трубе усиление теплоотдачи сетки будет на фазе расширения - что будет как раз мешать снижению давления, а на фазе сжатия будет минимум, т.е. ничто не будет помогать повышению давления.
поТок и объйом . . .
(+ закон плотности Архимеда)
что-то объяснение процесса закольцевалось. Почему труба гудит? А вот почему: когда труба гудит в ней создаются колебания давления на такой то частоте, эти колебания то увеличивают, то уменьшают теплосъем с сетки, поэтому вот труба гудит🤦 не увидел объяснения почему именно создаются колебания, почему воздух непрерывной струей не выходит? с флейтой можно понять, там турбулизация потока, а тут непонятно. Объясните саму суть процесса. Равновесие не может поймать система и гудеть начинает?
Может тяги не хватает при верхнем положении сетки? )
Так и где простое экспериментальное подтверждение этой мистификации в непременной 1/4? Поставьте сетку ближе к низу. Надеюсь вы удивитесь и запишите видос с разоблачением на себя. Или она у вас не двигается?:))
У Белецкого колебания были в заглушенной трубке (колбе):
czcams.com/video/F2cTgt9WEBE/video.html
А вы уверены что она не гудит? Может быть этот звук просто уши не воспринимают?