Описание установки

В схеме установки, представленной на рис.2, струна натягивается между стойками подставки, причем ее конец закреплен неподвижно, а к другому прикреплена чаша с грузами, создающими натяжение на струне.

От звукового генератора (ЗГ) типа ГЗ-33 синусоидальные электрические колебания подаются в струну. Вдоль струны по подставке может свободно перемещаться постоянный магнит. Так как по струне течет переменный ток, на участок ее, находящийся между полюсами магнита действует переменная сила с одной из собственных частот струны, а положение с пучностью стоячей волны, то наблюдается явление резонанса.

Рис.2

Методика работы со звуковым генератором заключается в следующем.

Ручки управления звуковым генератором выведены на его панель. Частота колебаний устанавливает поворотом ручки переключателя «Множитель» (ступенчатая регулировка) и ручкой «Частота Hz» (плавная регулировка). Для определения частоты ЗГ в герцах нужно подсчет по шкале умножить на показания переключателя «Множитель».

Возбуждаемые в генераторе колебания подаются на клеммы «Выход», напряжение на выходе регулируется ручкой «Рег.выхода» (плавная регулировка) и ступенями, при помощи переключатель аттенюатора (делителя), имеющего плавную регулировку «Пределы шкал ослабление». На панели прибора находится стрелочный прибор, служащий для контроля выходного напряжения. Расположенный рядом с ним переключатель «Шкала прибора» используется для переключения шкал прибора и контроля тока выходных ламп. Цифры в окне аттенюатора указывают на соответствующие позициях переключателя «Вых.Сопротивление,». Пределы напряжения шкалы вольтметра (верхняя цифра) и затухание (ослабление сигнала).

Основная приборная погрешность по частоте _пр =  (0,02 + 1)Гц.

Рисунок 3

Задание к работе

Измерить с помощью микрометра диаметр рабочей части струны в различных участках и в качестве диаметра струны взять среднее из этих измерений. С помощью масштабной линейки определить длину рабочей части струны.

Создать натяжение в струне, поместив на чашку для грузов разновесы. По формуле (8) и (9) вычислить частоту основного тона для созданного натяжения струны. В работе используется медная проволока с плотностью

ρ = 8,93·10³ Кг/М³

Подготовить генератор к работе. Для этого необходимо включить его в сеть переменного напряжения 220В (при этом должна загореться сигнальная лампочка). После прогрева генератора (5-10 мин) отрегулировать входное напряжение. Тумблер «Внутр. нагрузка» поставить в положение «50». Переключатель аттенюатор поставить в положение, при котором предел напряжения шкалы вольтметра 10В, дальнейшая регулировка выходного напряжения будет производиться с помощью ручки «Рег. выхода».

Поместить магнит посередине струны. Установить значение частоты _. С помощью ручки «Рег. выхода» в крайнее левое положение ЗГ, равное 5В, плавно изменяя частоту вращения лимба ЗГ вблизи ₁. С помощью ручки «Рег. выхода» установить выходное напряжение ЗГ, равное 5В, измерить с помощью линейки, укрепленной на магните величину полного размаха струны в пучности стоячей волны. Затем повторите измерения, увеличивая каждый раз частоту сигнала на 1 Гц. Следить за тем, чтобы перед подачей на струну напряжения в ней отсутствовали колебания, а значения подаваемого напряжения равнялось 5В, измерения прекратить по достижению такой частоты, при которой амплитуда колебаний струны в пучности окажется примерно вдвое меньше максимального значения. В качестве окончательного результата для резонансной частоты ₁ взять , дающее максимальную амплитуду колебаний струны. Результаты измерения занести в таблицу. Передвигая магнит и меняя частоту сигнала с ЗГ, получить устойчивые колебания с максимальной амплитудой последующего обертона. Для нахождения значений резонансных частот обертонов использовать методику, изложенную в п.6, и результаты занести в таблицу.

Масса нагруз-ки	Номер собст-вен-ного	Форма собствен-ного	Собствен-ная частота ,Гц	Скорость распростр v,	Средняя скорость vср,	Δv, м/с	vср,	vист,
	1
	2
	3
	1
	2
	3
	1
	2
	3

По экспериментальным данным рассчитать скорости распространения поперечных колебаний для каждого напряжения струны, используя формулу (9). Вычислить относительную погрешность определения скорости по формуле:

где: l – абсолютная погрешность измерения длины струны;

 – абсолютная погрешность измерения собственных частот колебаний струны.

По полученным данным построить график зависимости скорости распространения колебаний в струне от .

P = m · g;

где m – суммарная масса нагрузки.

На этом же чертеже построить график теоретической зависимости скорости v от , используя формулу (3). Эту формулу удобней представить в виде:

где

Для построения теоретического графика достаточно найти величину углового коэффициента К и провести прямую через начало координат. Дать заключение о совпадении экспериментальных и теоретических результатах.