2.2.4. Наблюдение фигур Лиссажу
(сложение перпендикулярных колебаний кратных частот)
В этой серии опытов используются генераторы Г2 (промышленный Г3-109, представляемый гнёздами «Вых.Г2» на стенде) и Г3 (встроенный в стенд низкочастотный, f=50 Гц).
Исходные положения регулировок генератора Г3-109 те же, что и в разд. 2.2.2, только выходную частоту установить 50 Гц, а выходное напряжение 2-3 В. Исходное состояние осциллографа то же, что и в п. 1 разд. 2.2.3.
1. Подключить генераторы Г2 и Г3 ко входам Y и Х осциллографа, как показано на соответствующей схеме стенда. На экране должен наблюдаться «поворачивающийся» эллипс.
2. Регулятором «КОРР. Х» на стенде и «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.» на Г3-109 установить габариты эллипса точно по размеру всей сетки экрана при цене деления экрана по вертикали εу=1 В/дел. Лёгкой постройкой частоты на Г3-109 добиться минимальной скорости вращения эллипса (остановить полностью его не удастся). Этот эллипс и будет простейшей фигурой Лиссажу при кратности частот fу : fх=1:1.
3. Выставляя на генераторе Г3-109 необходимые частоты, получить фигуры Лиссажу для отношения частот fу : fх=2:1, 3:1, 3:2 и 1:2. Корректировкой частоты Г3-109 постараться почти остановить эти фигуры на экране и срисовать их в тетрадь в их наиболее симметричной фазе поворота.)
4. Отсоединить генераторы Г2 и Г3 от осциллографа, а генератор Г3-109 от стенда. Выключить стенд.
2.2.5. Определение скорости звука в воздухе
1. Собрать установку, показанную на рис. 9. Канал Х осциллографа подключить к правой паре группы четырёх клемм «ВЫХОД 2» генератора Г3-109 – к клеммам «С.Т.» и « », а громкоговоритель Гр – к левой паре, напряжение на которой вдвое выше. Переключатель «НАГРУЗКА, Ω» генератора Г3-109 остаётся в положении «5».
2. Осциллограф установить в режим работы с двумя входами Х и Y, как и в п. 1 разд. 2.2.3. Установить цену деления экрана по каналу Y εу=0,01 В/дел, так как сигнал с микрофона очень слабый.
3. На генераторе Г3-109 установить частоту f=1,9 кГц (это одна из резонансных частот микрофона). Ручкой «РЕГУЛИРОВКА ВЫХОДА» установить умеренную громкость звука, позволяющую надёжно регистрировать форму эллипса на экране осциллографа, но не слишком невыносимую для окружающих. Громкость достаточна, если ширина эллипса на экране будет 6-8 делений.
4. Установить микрофон от громкоговорителя на минимальном расстоянии, дающем фазовый сдвиг φ, равный 0 или π. Вертикальный размер эллипса регулируется переключателем усиления канала Y.
5. Отодвигая микрофон от громкоговорителя, насколько позволяет линейка, отмечать положения микрофона, соответствующие разностям фаз φ=0 и φ=π. Результаты занести в таблицу:
Таблица. Положения микрофона при φ=0 и φ=π. Частота f=1,9 кГц.
-
Смещение микрофона
на число полуволн п
0
1
2
3
4
5
6
Положение микрофона
на линейке zn, см
6. По результатам измерений определить среднюю длину волны λ, а затем, по формуле (19), скорость звука υ в воздухе.
7. Сравнить измеренную скорость υ с вычисленной по формуле
υ=
,
где γ=Ср/СV – показатель адиабаты, М – молярная масса газа (для воздуха γ=1,4, М=0,029 кг/моль), R=8,31 Дж/(моль·К).
8. Осциллограф перевести в исходное состояние, т.е. в режим непрерывной развёртки. Выключить осциллограф и генератор Г3-109. Коаксиальные кабели оставить подключёнными ко входам Х и Y осциллографа.