Ich studiere Schallwellen mit Hallidays Buch, und nachdem ich das gesamte Kapitel gelesen hatte, war eine der vorgeschlagenen Fragen:
Welche experimentellen Beweise lassen die Annahme zu, dass die Schallwellengeschwindigkeit in Luft für alle Wellenlängen gleich ist?
Ich war überrascht, dass mich eine so scheinbar einfache Frage wirklich erwischte. Ich kann mir keine bessere Antwort vorstellen als
"Die Tatsache, dass wir Experimente machen und sehen, dass die Geschwindigkeit für alle Wellenlängen gleich ist".
Aber natürlich muss es eine bessere Antwort geben, diese hier ist nur Warum? Weil ja.
Was wäre eine bessere Antwort auf diese Frage?
Es ist vielleicht ein bisschen patzig, aber wenn die Wellenlängenabhängigkeit über menschliche Entfernungsskalen nachweisbar wäre, würde die (Qualität des) Klangs (nicht nur die Lautstärke) von Musik, Sprache usw. merklich davon abhängen, wie weit man von der Quelle entfernt ist.
Eine gute theoretische Antwort ist, dass sie sich aus der linearen Schallwellengleichung und ihren Voraussetzungen ergibt. Sie ist daher gute Näherung, wenn die lineare Akustik die Wellenausbreitung noch beschreiben kann (das wären zB 90 % der raumakustischen Praxisbeispiele). Typische Beispiele für problematische Modelle sind Ereignisse mit großer Amplitude (z. B. eine Schockwelle nach einer Explosion) oder hochdispersive Medien (z. B. mechanische Welle an einer steifen Saite).
Es gibt wahrscheinlich keine Chance, es auf High-School-Niveau theoretisch zu beweisen.
Die Antwort von AGML ist sehr gut. Lassen Sie mich ein Experiment vorschlagen. Gehen Sie irgendwo nach draußen, stellen Sie das Mikrofon mindestens 50 m von Ihnen entfernt auf und klatschen Sie laut in die Hände (oder feuern Sie eine Starterpistole usw.). Warum? Weil diese fast pulsierenden Töne ein fast flaches Spektrum haben (dh es sind wirklich viele Wellenlängen vorhanden). Hören Sie sich dann den aufgezeichneten Ton an. Wenn Sie Klatschen (oder Feuern usw.) hören, dh das Signal wurde nicht verändert, müssen Sie sicherlich die konstante Schallgeschwindigkeit für mindestens viele Frequenzen haben.
Das Spektrum verschiedener Resonanzrohranordnungen (halb geöffnet, vollständig geöffnet, vollständig geschlossen) ist etwas, das in einem sehr einfachen Labor gemessen werden kann und einen soliden Beweis dafür liefert, dass die Behauptung über die Arten von Frequenzen, die in einem solchen Labor zugänglich sind, zutrifft . Sagen wir ein paar hundert bis ein paar tausend Hertz.
QMechaniker