Контрольні запитання

1. Як формулюється закон Гука?

2. Що таке коефіцієнт жорсткості (пружності) і від чого він зале­жить?

3. Що таке модуль Юнга і від чого він залежить?

4. Що таке сила пружності?

5. Як пов'язані між собою сила пружності із зовнішньою силою, яка деформує стержень?

6. Яку залежність потрібно досліджувати в даній роботі?

7. Що буде підтверджувати закон Гука?

Допуск до виконання роботи отримано ________________________________

(Дата та підпис викладача)

Роботу захищено ________________________________

(Дата та підпис викладача)

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ЗВУКУ В ПОВІТРІ

МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ХВИЛЬ

Мета роботи: 1) закріпити теоретичні відомості з теми “Механічні хвилі”; 2) оволодіти прийомами експериментального визначення швидкості звуку в повітрі.

Прилади та матеріали: телефон, звуковий генератор, сполучені скляні посудини з нанесеною лінійною шкалою, штатив.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Механічною хвилею називають процес поширення коливань у пружному середовищі. Рівнянням хвилі називають вираз, який визначає зміщення будь-якої точки середовища, як функцію від часу та відстані від початкової точки. Для плоскої хвилі рівняння має вигляд:

, (1)

де а – амплітуда коливань,  – циклічна частота, t – час, за який точка, що виконує коливальний рух, зміщується на відстань від початкового положення,  – швидкість поширення хвилі в середовищі (фазова швидкість).

Самостійно дати визначення поперечних та повздовжніх хвиль.

Швидкість поширення хвилі в середовищі  залежить від густини середовища ρ та його пружних властивостей (характеризуються модулем Юнга Е). Так, для поперечних хвиль: , а для повздовжніх: .

Якщо в середовищі поширюється декілька хвиль (поширення хвиль у середовищі не впливає на властивості останнього), то кожна хвиля поширюється так, ніби інших хвиль не існує (принцип суперпозиції). Даний принцип служить інструментом для розрахунку результуючого руху хвилі. Результуючий рух частинок середовища, які приймають участь у декількох хвильових процесах, знаходять за вище означеним принципом складання коливань (повторити самостійно).

Особливу увагу при цьому заслуговує накладання когерентних хвиль (хвилі однакової частоти, різниця фаз яких залишається сталою в часі). Накладання когерентних хвиль веде до утворення в середовищі областей посилених і послаблених коливань (явище інтерференції).

Механічні хвилі, частота коливань яких лежить в діапазоні від 20 до 20000 Гц називають звуковими.

Самостійно ознайомитись з об’єктивними і суб’єктивними характе­рис­тиками звуку.

Oскільки швидкість поширення хвилі в даному середовищі залежить від його характеристик, то останні можуть бути використані для розрахунку швидкості хвилі. Зокрема, швидкість поширення звуку в газі (адіабатний процес) може бути визначена за формулою:

, (2)

де γ = 1,4 – адіабатна стала; R = 8,31 Дж∙моль^-1∙К^-1 – універсальна газова стала;

Т – термодинамічна температура, К; μ = 2,9∙10^-2 кг ∙моль^-1 – молярна маса повітря.