Flessenxylofoon

Jan van de Velde

Als ik lucht over de hals van een fles blaas, dan is de toon hoger naarmate de luchtkolom in de fles korter wordt. Zo maak je een flessenorgel.

Op de basis "kleinere instrumenten, kleinere resonantiegolflengtes, hogere tonen" zou je zoiets óók verwachten als je met een stokje of zo tegen de flessen tikt.

Voor wie niet over lege glazen flessen beschikt:

http://www.kidcity.be/page.php?house=techn...s=exper%3D15228

: flessenxylofoon.png (17.25 KiB) 1849 keer bekeken

Speel eens met dat appletje, en lees dan de tekst die eronder staat.

Dat is dus net andersom dan het flessenorgel. Dat creëert verwarring bij natuurkundigen:

- ikzelf stelde een (te onnadenkend gemaakte) opdracht over dit onderwerp tijdens een klassebezoek aan Technopolis verkeerd

- bovengenoemde site is óók niet helemaal wakker: in een tekst elders op de site en verwijzend naar deze applet luidt:

In flessen zit muziek! En hoe meer vloeistof in de fles, hoe hoger de toonhoogte. Hoe dat komt en hoe dat klinkt? Ping, pang, pong... dat hoor je in dit fijne experimentje.

Rondgooglen levert simpele, verder ononderbouwd gelaten uitspraken als: de trillende massa is groter dus de toon lager. Klinkt plausibel, maar stelt me niet tevreden. Ik tik tegen de hals van de fles, zou verwachten dat door meer water een geringer deel van de fles ongedempt zou trillen en er dus een hogere toon zou ontstaan.

Hamvraag: wát trilt er nou eigenlijk, en hóe, als ik tegen een halfgevulde fles met water tik.

E.Desart

1) Tikken tegen fles:

Het water verlaagt de geluidssnelheid in het glas. Hoe meer water hoe lager de geluidsnelheid in het glas wat de trillingsmodes in het glas verschuift naar de lagere frequenties.

Je luistert naar de resonantie van het glas.

2) Blazen op fles:

Hier werkt de fles als een Helmholtz resonator. De lucht in de hals is de massa en de luchtlaag in de fles (beperkt door waterhoeveelheid) werkt als een veer.

Hoe meer water in de fles hoe kleiner het luchtvolume en hoe stijver de veer.

Gevolg meer water resulteert in een hogere resonantiefrequentie en de toon verhoogt.

Je luistert naar de resonantie van de lucht (massa-veer systeem)

1) heeft dus het omgekeerd effect versus 2)

Volgens mij is die quote een typo (fout), of verwart met het blazen op een fles (alleen klinkt dat niet als ping, pang, pong).

Jan van de Velde

E.Desart schreef:1) Tikken tegen fles:

Het water verlaagt de geluidssnelheid in het glas.

Bedoel je hier glas als stof, of glas als voorwerp?

Volgens mij is die quote een typo (fout).

ongetwijfeld. Dezelfde soort onnadenkendheid die ik zelf pleegde.

E.Desart

Bedoel je hier glas als stof, of glas als voorwerp?

Als stof. De voortplantingssnelheid van geluid in glas verlaagt in die omstandigheden.

Er spelen nog andere factoren mee als de beInvloeding van resonanties van het water en deze van glas. Als ik deze studie terug vind zal ik de referentie hier melden.

Maar mijn berichtje is de gestileerde dominante oorzaak.

Jan van de Velde

heeee....

Hoe dat?

E.Desart

Hoe dat?

Jan, ik heb hierbij het nadeel dat jij veel te slim bent. Dus kan ik niet zomaar wat zeggen.

Ik zal dit eens verder nakijken, om zeker te zijn dat ik je niets wijsmaak (zou jij toch zo doorprikken).

Even (tijdelijk) een analogie:

Absorptiemateriaal (isolatie) als bijvoorbeeld glaswol (waar uiteindelijk maar een zeer kleine fractie materiaal inzit versus lucht), heeft ook een belangrijke invloed op de geluidssnelheid in lucht voor het geluid dat door het absorptiemateriaal gaat.

Men kent empirisch het effect. Theoretisch blijken hier afwijkende theorieën te bestaan en rekenmodellen zijn hoofdzakelijk empirisch niet physisch-wiskundig opgebouwd.

Zo zal de toevoeging van glaswol met lage densiteit (standaard isolatierollen) in een spouw de masa-veer-massa resonantie van een gyprocwand verlagen en aldus isolatie verhogen. Dit is gerelateerd met verlaging voortplantingssnelheid geluid in lucht door toegevoegde weerstand.

Jan van de Velde

(zou jij toch zo doorprikken).

Ik heb niet het doel aangedragen informatie af te kraken.

Ik probeer dit te begrijpen.

Ik zie overigens niet de relatie tussen de resonantie in een wand (eigenfrequentie voorwerp?) en de geluidssnelheid IN de stoffen waaruit dat voorwerp is opgebouwd.

Men kent empirisch het effect. Theoretisch blijken hier afwijkende theorieën te bestaan

en dit doet mij beangstigd vermoeden dat het dus nog veel ingewikkelder is dan ik zou kunnen begrijpen en mogelijk zelfs zou kunnen bedenken.....

Maar ik wacht rustig af. Een beetje een helder verhaal over hoe het ongeveer in elkaar zit helpt me al een heel eind verder. Ik ben niet van plan om aan halfgevulde flessen te willen gaan rekenen

.

E.Desart

Jan van de Velde schreef:1) Ik heb niet het doel aangedragen informatie af te kraken.

Ik probeer dit te begrijpen.

2) Ik zie overigens niet de relatie tussen de resonantie in een wand (eigenfrequentie voorwerp?) en de geluidssnelheid IN de stoffen waaruit dat voorwerp is opgebouwd.

1) Jan, dit was maar als grapje bedoeld. Eerder een welgemeend compliment voor iemand die ik zeer ernstig neem.

2) Sorry als ik onduidelijk was.

Ik bedoelde hier voornamelijk dat de wrijvingsweerstand van de isolatievezels van een opencellig materiaal invloed heeft op de voortplantingssnelheid van geluid in lucht (is frequentieafhankelijk). Vergelijk met het water dat een weerstand levert op het glas.

Neem glaswol met een densiteit van 20 kg (kg/m³). Zand (basis glaswol) ca 2200 kg/m³. betekent nog steeds >99% lucht.

Misschien was mijn analogie ongelukkig ...

DePurpereWolf

Het is volgens mij helemaal niet zo moeilijk.

Het blazen is natuurlijk makkelijk uit te leggen. Je creëert een staande golf in de lucht van de flessenhals. De fles zelf heeft hier niet veel mee te maken.

Het tikken tegen de fles is een heel ander verhaal. Hier komt de lucht in de flessenhals helemaal niet bij kijken. De fles oscilleert en maakt geluid, niet de lucht in de fles. De toonhoogte van de fles is gerelateerd aan de natuurlijke resonantie frequentie van deze fles. Deze resonantie frequentie verandert natuurlijk naarmate je er massa aan toevoegt. Het berekenen van deze frequentie verandering is wat ingewikkelder, maar het idee is dat het water de natuurlijke frequentie van het systeem verlaagt doordat je er meer massa toevoegt. Alla deze vergelijking:

\( \omega = \sqrt{k/m}\)

(massa word groter, frequentie lager, k is de veerconstante)

E.Desart

DePurpereWolf schreef:Het is volgens mij helemaal niet zo moeilijk.

Deze resonantie frequentie verandert natuurlijk naarmate je er massa aan toevoegt. Het berekenen van deze frequentie verandering is wat ingewikkelder, maar het idee is dat het water de natuurlijke frequentie van het systeem verlaagt doordat je er meer massa toevoegt. Alla deze vergelijking:

\( \omega = \sqrt{k/m}\)

Gewoon ter info (de studie die ik refereerde heb ik nog niet terug):

http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AmJPh..73.1045C

Why does water change the pitch of a singing wineglass the way it does?

Authors: Chen, Yih-Yuh

Physics Department, National Taiwan University

American Journal of Physics, Volume 73, Issue 11, pp. 1045-1049 (2005)

Abstract Copyright: © 2005: American Institute of Physics schreef:Abstract

When the rim of a fine wineglass is rubbed with a moist finger, a pure tone can be heard. The frequency of this tone is lowered if a liquid such as wine or water is added to the glass. Although it is tempting to ascribe this change to the extra effective mass contributed to the wineglass by the liquid, we argue that this explanation leads to several counterintuitive phenomena. We use a simplified model to compute the frequency shift as well as a variational approach for a more general derivation and demonstrate how a more appropriate physical interpretation accounts qualitatively for all the observed phenomena.

DePurpereWolf

Ik denk dat je het 'zingende wijnglas' effect niet met het tikken tegen een glas kunt vergelijken, het creeeren van het geluid is compleet anders dan met een tik, waarbij je in principe een het glas een schok geeft en het natrilt met zijn natuurlijke frequentie.

Bij het zingend wijnglas creëer je geluidsgolven in het het glas, daarom werkt dit niet bij plastic, omdat daar het geluid (in het plastic) geabsorbeerd word, maar je hoort bij een plastic fles wel een geluid als je er tegenaan tikt.

Bij het zingend wijnglas neem ik aan dat het water een dempende werking heeft en daarom dus de frequentie verlaagt. Dit kan echter niet het geval zijn voor het eerste voorbeeld daarvoor is de verandering van golflengte naar mijn mening te groot voor. (al heb ik het wijnglas experiment niet uitgevoerd)

E.Desart

Het blazen is natuurlijk makkelijk uit te leggen. Je creëert een staande golf in de lucht van de flessenhals. De fles zelf heeft hier niet veel mee te maken.

DPW,

Een en ander is onduidelijk voor mij.

Als ik aan een staande golf denk, dan relateert dat aan golflengte en geluidssnelheid resulterend in modes. Refereer jij bij een gewichtje oscilerend op een veer naar een staande golf?

Het blazen op een fles is een massa-veer systeem (Helmholtz) dat niet gerelateert is aan golflengte (in de zin van golflengte bij voortplanting in de lucht). Noem jij dit ook een staande golf?

Bij het tikken op een fles of glas praat je wel over golflengte en voortplantingssnelheid van geluid in het glas, en dus over een staande golf (in het glas).

Is het hier een begrippenkwestie?

DePurpereWolf

Edit:

Herinner me nou, als je tegen de tuit van de fles slaat (dus niet aan de zijkant, waar het water ook is) dan heb je het effect wat Jan beschrijft helemaal niet, sterker, de toon is het zelfde als dat je er in zou blazen. Dit komt omdat je niet het water in beweging brengt, maar enkel de tuit waar de lucht zich in bevind.

Het maakt dus wel degelijk uit hoe en waar je de trilling aanbrengt, ook met het zingend wijnglas breng je het water niet direct in trilling als dat je er aan de zijkant van het glas tegen aan zou slaan. Je kunt dus niet dezelfde conclusies trekken.

Jan van de Velde

Herinner me nou, als je tegen de tuit van de fles slaat (dus niet aan de zijkant, waar het water ook is) dan heb je het effect wat Jan beschrijft helemaal niet, sterker, de toon is het zelfde als dat je er in zou blazen.

Zojuist (voor de zekerheid) geprobeerd, lege flessen genoeg na deze dagen, en ik kan zoiets niet terugvinden. Waar ik ook tegen een hangend, deels gevuld bierflesje tik, de toon is overal nagenoeg hetzelfde, en lager naarmate de fles voller is.

DePurpereWolf

Sla eens op de top van de fles, dus waar de kroon op zit. (zo belangrijk is het niet hoor)

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Flessenxylofoon

Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon

Re: Flessenxylofoon