Στάσιμα ηχητικά κύματα. Φλόγες που χορεύουν.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Μην επιχειρήσετε το πείραμα! Είναι επικίνδυνο, για μη ειδικούς και με αυτοσχέδιες κατασκευές! Ο ηλεκτρισμός και τα παιχνίδια με φωτιές, δεν προειδοποιούν, ΔΕΝ είναι σκυλιά να γαυγίσουν πριν δαγκώσουν!
(Από τη Φυσική Halliday - Resnick Εκδόσεις Γ. Πνευματικού)
Στάσιμα ηχητικά κύματα σε μια αέρια στήλη μπορούν να επιδειχθούν εντυπωσιακά με τη συσκευή του σχήματος. Το μεγάφωνο ενός ακουστού απλού ήχου (που παράγει μια γεννήτρια συχνοτήτων) στο S, δημιουργεί ταλαντώσεις σ’ ένα διάφραγμα που έχει ελαστικότητα στο ένα άκρο του σωλήνα. Ο σωλήνας είναι γεμάτος με αέριο που μπαίνει από την είσοδο και βγαίνει αργά από ισαπέχοντα μικρά ανοίγματα στο πάνω μέρος. Ανάβουμε το αέριο παίρνοντας μια σειρά από φλόγες.
Όταν βρεθεί μια συχνότητα στην οποία η αέρια στήλη είναι σε συντονισμό, το πλάτος του στάσιμου διαμήκους κύματος γίνεται μάλλον μεγάλο και μπορούμε να δούμε μια κυματοειδή μεταβολή του ύψους και του πλάτους των φλογών του αερίου κατά μήκος του σωλήνα. Η απόσταση μεταξύ δεσμών ή κοιλιών είναι ευδιάκριτη.
Μεταβάλλοντας τη συχνότητα μπορούμε να περάσουμε από μια συνθήκη συντονισμού σε άλλη. Οι φυσικές συχνότητες ταλαντώσεως της αέριας στήλης καθορίζονται από το ενεργό μήκος της στήλης και την ταχύτητα του ήχου.
Η απόσταση μεταξύ διαδοχικών δεσμών ή μεταξύ διαδοχικών κοιλιών είναι λ/2.
Γνωρίζοντας και τη συχνότητα του ήχου της πηγής f, μπορούμε να βρούμε την ταχύτητα του ήχου στο αέριο u=f λ
Στο σχήμα οι δεσμοί Ν (node) και οι κοιλίες Α (antinode) αντιστοιχούν σε απομακρύνσεις σωματιδίων στο στάσιμο κύμα.
Σ’ ένα δεσμό απομάκρυνσης οι μεταβολές της πίεσης (πάνω και κάτω της μέσης τιμής είναι μέγιστες. Άρα ένας δεσμός απομάκρυνσης αντιστοιχεί σε κοιλία πίεσης.
Δυό μικρά στοιχεία όγκου εκατέρωθεν ενός δεσμού ταλαντώνονται σε αντίθεση φάσης. Έτσι όταν προσεγγίζουν η πίεση στο δεσμό γίνεται μέγιστη, και όταν απομακρύνονται η πίεση στο δεσμό γίνεται ελάχιστη.
Σε μια κοιλία απομάκρυνσης η πίεση παραμένει σταθερή με το χρόνο. Άρα μια κοιλία απομάκρυνσης αντιστοιχεί σε δεσμό πίεσης. Δυο μικρά στοιχεία αερίου εκατέρωθεν μιας κοιλίας ταλαντώνονται σε φάση και επομένως δεν δημιουργούν μεταβολές πίεσης στην κοιλία.