Література. Опис установки. Експериментальна установка (рис
1. § 71-77, с.184-201; § 79-80, с.204-209.
2. § 10.1-10.7, с.155-171.
3. § 16.1-16.9, с.177-191.
4. § 11.1-11.2, с.251-254; § 11.5-11.6, с.258-261;
5. § 12.1-12.3, с.266-275.
Опис установки. Експериментальна установка (рис. 1) складається зі скляної трубки 1 та резервуара з водою 2, з’єднаного з помпою 3. Поряд з трубкою встановлена лінійка 4 з міліметр-ровою шкалою, призначена для визначення положення рівня води. За допомогою помпи воду з резервуара можна перекачувати в трубку, змінюючи висоту повітря-ного стовпа всередині трубки. Над відкритим кінцем трубки закріпле-ний динамік 5, мембрана якого коливається з частотою, що задана звуковим генератором 6. Моменти підсилення звуку можна реєструвати на слух або осцилографом 7 від мікрофона 8, встановленого над трубкою.
Ідея роботи та виведення робочої формули.Коливання мембрани динаміка збуджують поздовжні коливання стовпа повітря у трубі, які поширюються в ній, відбиваються від поверхні води та йдуть у зворотному напрямі. Ці дві системи зустрічних хвиль, інтерферуючи одна з одною, утворюють у трубі стоячу хвилю, тобто періодичний ряд вузлів i пучностей (видугів) коливань. На поверхні води за цих умов завжди утворюється вузол. Залежно від висоти повітряного стовпа, а також від частоти коливань мембрани між рівнем води i верхнім кінцем труби розміститься певна кількість вузлів i пучностей стоячих хвиль.
Розглянемо детальніше процес утворення стоячої хвилі. Нехай маємо дві плоскі хвилі, які поширюються назустріч одна одній уздовж осі Оx. Рівняння цих хвиль запишемо у вигляді
і 
,
де А – амплітуда; w – частота; l – довжина хвилі.
Після інтерференції (накладання) цих хвиль утвориться нова хвиля
. (1)
Це стояча хвиля, амплітуда якої
(2)
залежить від координати х за законом косинуса. Максимального значення Аст набуває за умови
, де n = 0,1,2,3... (3)
Звідси легко визначити координати пучностей (видуг) стоячої хвилі.
. (4)
Отже, як бачимо із (4), відстань між двома сусідніми пучностями стоячої хвилі є сталою і дорівнює 
.
|
У цій роботі цю відстань можна визначити експериментально. Зокре-ма (див. рис. 2.), звук мембрани підсилюється тоді, коли вона міститься в пучностях стоячих хвиль, періодичні імпульси яких підси-люють її коливання. Якщо ж неперервно змінювати висоту повіт-ряного стовпа, накачуючи або випускаючи воду з труби, то простежуватимуться послідовні підсилення звуку. Вірогідно, що повторення підсилення звуку настає тоді, коли висота повітряного стовпа у трубці змінюється на .
|
. (5)
З іншого боку, відомо, що довжина хвилі l пов’язана зі швидкістю її поширення v і частотою n співвідношенням
. (6)
Підставивши (6) у (5), отримаємо робочу формулу для визначення швидкості звуку в повітрі
. (7)
Визначена за формулою (7) швидкість звуку в повітрі – це швидкість звуку при температурі досліду. Тому одержаний результат потрібно стандартизувати, тобто звести до 0оС за формулою
, (8)
де 
– коефіцієнт об’ємного розширення повітря ( = 0,004 град-1), 
– температура приміщення під час досліду.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 587;