2. Порядок выполнения работы

1. Поднимая или опуская сосуд с водой, подведите уровень воды в водомерной трубке до отметки «10» на шкале.

2. Поднесите камертон с известной частотой колебаний v₁ (обычно она указана на самом камертоне) к открытому торцу трубы. Равномерно ударяйте молоточком по камертону. В это же время другой человек медленно меняет уровень воды в трубе, опуская сосуд со шлангом. По показанию шкалы водомерной трубки запишите в таблицу 1 положение первого уровня s₁, соответствующего максимальной громкости звучания. В таблицу 3 запишите значение частоты v₁.

Таблица 1

№ опыта
1
2
3
4
5
Σ	-	-	-		-

3. Для определения уровня s₂ продолжайте медленно понижать уровень жидкости в трубе, одновременно возбуждая камертон, до тех пор, пока не возникнет вновь максимальная громкость звука. Положение уровня s₂ так же запишите в таблицу 1.

4. Повторите опыт ещё четыре раза. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

5. Замените камертон другим, частота v₂ которого неизвестна. Проделайте с этим камертоном операции, аналогичные описанным в пп. 1 – 4. Результаты пяти новых измерений запишите в таблицу 2.

Таблица 2

№ опыта
1
2
3
4
5
Σ	-	-	-		-

3. Обработка опытных данных

1. Найдите разность положения уровней s₂ – s₁ воды в трубе в каждом эксперименте с камертоном известной частоты. Запишите её в таблицу 1.

2. С помощью формулы (13) вычислите длину звуковой волны λ_1i для этого камертона в каждом эксперименте. Результаты расчёта запишите в таблицу 1.

3. Определите среднее арифметическое значение длины волны по пяти опытам, запишите его в таблицу 1.

4. По формуле (14) найдите величину фазовой скорости u звука в воздухе, используя среднее значение длины волны из таблицы 1 и v₁ из таблицы 3. Величину u запишите в таблицу 3.

5. Для камертона с неизвестной частотой колебаний v₂ выполните вычисления, аналогичные описанным в пп. 1 – 3. Результаты этих расчётов запишите в таблицу 2.

6. По формуле (15) вычислите неизвестную частоту v₂ колебаний второго камертона, взяв среднюю длину волны из таблицы 2, а скорость звуковой волны u – из таблицы 3. Величину v₂ запишите в таблицу 3.

7. Определите теоретическое значение скорости звука u_теор в воздухе, считая его идеальным газом, по формуле

(16)

где γ – показатель адиабаты (для воздуха можно положить γ = 1,4); μ = 29*10^-3 кг/моль

– средняя молярная масса воздуха как смеси газов (азот и кислород); R = 8,314 Дж/(моль*К)

– универсальная газовая постоянная и Т – температура в кельвинах. При расчёте в качестве Т возьмите комнатную температуру. Величину u_теор также запишите в таблицу 3; сравните её с экспериментально найденной скоростью u.

Таблица 3

Камертон	v, Гц	u, м/с	uтеор, м/с	σλ, м	σu, м/с	δu, %	σv, Гц	δv, %
1							-	-
2				-

8. Рассчитайте среднюю квадратичную погрешность измерения λ₁ по известной формуле

(17)

где n = 5 – число проведенных измерений в серии. Полученное значение погрешности запишите в таблицу 3.

9. Определите среднюю квадратичную погрешность измерения скорости звука из соотношения σ_u = v₁σ_λ, которое следует из (14), а затем – относительную погрешность δ_u измерения этой величины в процентах:

(18)

Полученные значения погрешностей запишите в таблицу 3.

10. Допуская погрешности определения длин волн λ₁ и λ₂ одинаковыми, оцените среднюю квадратичную погрешность определения частоты v₂ из соотношения

, которое следует из (15), и её относительную погрешность в процентах по формуле

(19)

Результаты оценки этих погрешностей занесите в таблицу 3.