Т аблица 1
Газ |
Скорость, м/с |
Газ |
Скорость, м/с |
Водород (0°С) Воздух (20°С) Кислород (0°С) |
1280 343 315 |
Воздух (0°С) Углекислый газ (0°С) |
331 259 |
Весьма существенно, что скорость звука не зависит от частоты. Такая зависимость сделала бы невозможной или сильно затрудненной речь и не позволила бы наслаждаться музыкой.
2. Методика измерения
Н
апряжение
звуковой частоты
от генератора (рис. 2) передается на
телефонное устройство, вызывая колебания
мембраны.
Рис. 2. Принципиальная схема установки
Возникающая звуковая волна распространяется по трубе и воспринимается микрофоном, преобразуя колебания в электрический сигнал. Этот сигнал подается на вертикальные пластины осциллографа и воспроизводится в виде полосы на экране. Интерференция падающей и отраженной от микрофона волны приводит к образованию стоячей волны, если выполняется условие резонанса:
(9)
В этом случае сигнал, подаваемый на осциллограф, имеет резонансный максимум, т. е. вертикальные размеры полосы будут максимальны.
Перемещая
телефон из резонансного положения
в резонансное положение
(рис. 3), можно на основании (4) записать
(10)
Рис. 3. Положение первого L1 и последнего Lk резонансного положения
Скорость звука при каждой фиксированной частоте определяется по формуле
(11)
3. Порядок выполнения работы
1. Включить звуковой генератор и осциллограф в сеть.
2. Установить частоту генератора в соответствии с заданием, подобрать громкость звука.
3. Вращая ручку перемещения телефона, установить телефон в начало шкалы.
4. Перемещая телефон в сторону возрастания, определить число пучностей, укладывающихся на всей длине. Определить положения первой и последней пучностей. Измерение проделать три раза. Найти среднее значение
где
– номер последнего резонанса. Рассчитать
длину волны по формуле
а скорость звука
.
Результаты записать в таблицу.
5.
Аналогичным способом измерить скорости
звука при других частотах
и
(значения указаны в настольном варианте).
6. Найти среднее значение экспериментальных скоростей звука.
7.
Оценить погрешность по методу Стьюдента,
взяв
Примечание.
Во избежание
поломки установки запрещается перемещать
телефон далее отметки
см.
8. Рассчитать теоретическую скорость звука в воздухе по формуле
где
,
R=8,31·103
Дж/(кмоль· К);
кг/кмоль.
T = tºC+273º– температура по шкале Кельвина.
Таблица 2
Частота, Гц |
|
=2000 |
=2500 |
|||
Число пучностей |
к1 = |
к2 = |
к3 = |
|||
Положения пучностей |
L1, см |
Lk, см |
L1, см |
Lk, см |
L1, см |
Lk, см |
Измерение 1 Измерение 2 Измерение 3 |
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
|
|
|
|
|
λ, см |
|
|
|
|||
υi,, м/с |
|
|
|
|||
Результаты
|
|
|||||
|
||||||
= 1500
uтеор
=