Задание повышенной сложности.

Вариант 9. Наблюдатель, находящийся на расстоянии l = 800 м от источника звуки, слышит звук, пришедший по воздуху на 1,78 с позднее, чем звук пришедший по воде. Найти скорость звука в воде, если температура воздуха T = 350 K.

Вариант 10. Для определения температуры верхних слоев атмосферы нельзя пользоваться термометром, так как вследствие малой плотности газа термометр не придет в тепловое равновесие с окружающей средой. Для этой цели пускают ракету с гранатами, взрываемыми при достижении определенной высоты. Найти температуру на высоте 20 км от поверхности Земли, если известно, что звук от взрыва, произведенного на высоте 21 км, пришел позже на 6,75 с звука от взрыва, произведенного на высоте 19 км.

Вариант 11. Зная, что средняя квадратичная скорость молекул двухатомного газа в условиях опыта была равна 461 м/с, найти скорость распространения звука в газе при этих условиях.

Вариант 12. Зная, что средняя кинетическая энергия поступательного движения одного киломоля азота равна 3400 кДж, найти скорость распространения звука в азоте при этих условиях.

5. Определение Сp/Сv по скорости звука в газе.

Один из способов определения показателя адиабаты C_p/C_v в газах основан на измерении скорости звука. Как следует из формулы для v, можно получить другое выражение для скорости звука в газах, используя уравнение состояния идеального газа:

Плотность газа

тогда

Скорость звуковой волны в газе

v² = RT/

где R - газовая постоянная, T - температура газа, а  - его молярная масса.

Преобразуя эту формулу, найдем:

= v²/RT . (2)

Таким образом, для определения показателя адиабаты можно использовать как формулу как (1), так и (2). Во втором случае необходимо измерить температуру газа и скорость распространения звука (молярная масса газа предполагается известной).

Факультативное задание.

Вариант 1. Скорость звука в газе при температуре T = 293 K равна v = 343 м/с. Рассчитать по формуле (2) отношение теплоемкостей газа С_p/С_v, если его молекулярная масса  = 29 кг/кмоль.

Вариант 2. Скорость звука в кислороде при нормальных условиях равна 317,2 м/с. Определить отношение теплоемкостей кислорода С_p/С_v.

Вариант 3. Скорость звука в некотором газе при нормальных условиях v = 308 м/с. Плотность газа  = 1,78 кг/м³. Найти отношение теплоемкостей С_p/С_v для данного газа, определив сначала с помощью модели B_ad.

Заметим, что задания повышенной сложности и факультативное задание желательно выполнять после изучения соответствующих разделов курса "Термодинамика и молекулярная физика".

Контрольные вопросы.

1. Что называется механической волной?

2. Какие волны называются поперечными и какие - продольными?

3. Что называется длиной волны?

4. Напишите формулу, связывающую длину волны, ее скорость распространения и период.

5. От чего зависит скорость волны?

Лабораторные работы по термодинамике и статистической физике Лабораторная работа № 5. Основные термодинамические процессы.

Термодинамикой называют раздел физики, изучающий общие свойства вещества, связанные с тепловым движением в условиях равновесия.

Система находится в термодинамическом равновесии, если её термодинамические параметры р, v и Т остаются постоянными. Термодинамическое равновесие иногда называют статистическим, так как движение частиц не прекращается.

Если давление Р, объем V, температуру Т изменять медленно, равновесие успеет установиться.

Процессы, в ходе которых система всё время остается в состоянии равновесия, называются квазистатическими.