Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему длины органных труб разные: у труб с высокими тонами — маленькие, а у басовых труб — большие. Органная труба открыта с обоих концов и звучит при продувании через неё потока воздуха.
Громкий звук бывает, когда на выходе из органной трубы устанавливается пучность стоячей волны, так как вблизи пучности колебания воздуха происходят с максимальной амплитудой, а амплитуда определяет громкость звука.
Поскольку труба открыта с обоих концов, то пучность также должна устанавливаться и на входе трубы. Поэтому для наиболее громкого звучания минимальная длина трубы должна быть равна половине длины волны — при этом посередине трубы находится узел стоячей волны, а на ее концах — две пучности.
Звуки высокой частоты соответствуют маленьким длинам волн, а низкой частоты — большим длинам волн, поскольку длина волны
а скорость звука
не зависит от его частоты. Таким образом, размеры трубы пропорциональны длине волны звука: чем частота звука выше, тем длина трубы меньше, и наоборот.