Лабораторная установка и методика проведения эксперимента

Установка представляет собой металлическую полую трубу, в которой вдоль ее оси реализуется распространение прямой и обратной продольной упругой волны фактически в среде воздуха при нормальных условиях (температура комнатная, давление то, которое существует в лаборатории)

Звуковые колебания в трубе возбуждаются с левой стороны трубы излучателем, в качестве которого используется звуковая головка из трубки рядового стационарного телефонного аппарата. Колебания улавливаются микрофоном или непосредственно на слух с наружи. Мембрана излучателя приводится в колебательное движение переменным током звуковой частоты, причем в качестве источника переменной э.д.с для создания этого тока используется генератор электрических колебаний, амплитуду и частоту которых можно устанавливать различными по требованию преподавателя. С правой стороны трубы расположен перемещаемый вдоль оси отражающий звук поршень, причем его перемещение регистрируется на шкале в см. и мм. Звуковая волна, распространяющаяся вдоль оси трубы, испытывает многократные отражения от торцов. Звуковые колебания в трубе являются наложением прямых и отраженных волн и, в общем случае их картина не является регулярной. Эта картина сильно упрощается, если длина трубы равна целому числу длин полуволн, т. е. когда

, (8)

где  - длина звуковой волны в трубе, а n - некоторое целое число. Записанное здесь условие соответствует условиям образования в трубе т.н. режима стоячей волны. При этом волна, отраженная от заднего торца трубы и вернувшаяся к его началу и вновь отраженная, совпадает по фазе с падающей. Точно также совпадают по фазе волны, распространяющиеся от заднего торца к переднему после первого отражения от заднего торца, после второго отражения и после всех последующих отражений. Совпадающие по фазе волны усиливают друг друга. Амплитуда звуковых колебаний при этом возрастает – наступает резонанс.

Скорость звука v связана с его частотой  и длиной волны  соотношением

. (9)

Подбор условий, при которых возникает резонанс можно производить в принципе двумя способами:

1). При неизменной частоте звукового генератора (а следовательно, и длине звуковой волны) можно изменять длину столба воздуха внутри трубы при помощи подвижного поршня.

2). При постоянной длине воздушного столба в трубе можно плавно менять частоту звукового генератора.

В данной лабораторной работе резонанс осуществляется как мы видим именно первым способом, причем таких резонансов несколько.

Порядок выполнения работы

Перед началом работы получите у преподавателя значения не менее трех частот для проведения эксперимента и попросите лаборанта выставить одну из них на звуковом генераторе.

1). Включите установку.

2). При помощи вращающейся ручки переместите поршень в крайнее положение.

3). Плавно вращая ручку найдите все положения поршня при которых интенсивность звуковых колебаний максимальна.

4). Определите расстояния между соседними максимумами. Найдите среднее расстояние между максимумами ( ). (Обратите внимание на то, что расстояние между соседними максимумами равно половине длины волны ).

5). Вычислите скорость звука по формуле (9).

6). Найдите показатель адиабаты при помощи соотношения (7).

Повторите эксперимент для других частот. Результаты эксперимента занесите в таблицу.