Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012

графиков зависимости средней частоты от силы натяжения и длины колеблющегося участка струны;

заключения.

2.Сделайте вывод о соответствии теории показателя степенной зависимости частоты от силы натяжения.

3.Сравните найденную плотность материала струны с таблич-

ной.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как выглядит профиль стоячей волны на струне, закрепленной с обеих сторон, если на ней установились колебания первого обертона?

2.Как выглядит профиль стоячей волны на струне, закрепленной с обеих сторон, если на ней установились колебания основного тона?

3.Как выглядит профиль стоячей волны на струне, закрепленной

содногоконца, еслина нейустановились колебанияосновноготона?

4.Как выглядит профиль стоячей волны на струне, закрепленной с одного конца, если на ней установились колебания первого обертона?

5.Почему существование абсолютно твердого тела противоречит теории относительности?

6.Как связаны понятия доверительного интервала и доверительной вероятности?

7.Как ведет себя коэффициент Стьюдента при асимптотическом приближении доверительной вероятности к единице?

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. М.: Наука, 1998.

2.Иродов И.Е. Основные законы механики. М.: Высшая школа,

1997.

Дополнительная

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. М.: Наука, 1979.

41

получаем для фазовой скорости:

где T – термодинамическая температура; R – газовая постоянная; M – масса одного моля газа.

В работе измеряется скорость ультразвука в воздухе методом стоячих волн.

Стоячая волна возникает при наложении двух встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Практически стоячие волны возникают при отражении от преград. Падающая на преграду волна и бегущая ей навстречу отраженная волна образуют стоячую волну.

Уравнения двух плоских волн, распространяющихся в противоположных направлениях:

ξ1 = a cos(ωt −kx +α) , ξ2 = a cos(ωt + kx +β) ,

где k = 2π/λ – волновое число.

Сложив, получим уравнение стоячей волны:

ξ = ξ1 +ξ2 = 2a cos kx cosωt .

(Начало отсчета координаты и времени выбраны таким образом,

что β – α = 0 и α + β = 0.)

Из уравнения стоячей волны видно, что ее амплитуда зависит от

x:

амплитуда колебаний достигает максимального значения. Эти точки называют пучностями стоячей волны. Значения координат пучностей:

43

амплитуда колебаний обращается в нуль. Эти точки называют уз-

лами стоячей волны.

Из формулы (2.4.6) следует, что расстояние между соседними пучностями (так же как и расстояние между соседними узлами)

равно λ/2 (рис. 2.4.1).

На рисунке показана стоячая волна (смещение ξ(x, t) при t1 = 0 и t2 = T/2).

Рис. 2.4.1

Избыточное давление p, возникающее в некоторой точке среды при прохождении звуковой волны, пропорционально деформа-

ции ε ( p ~ ε):

ε = ∂ξ∂x .

Поэтому уравнение для избыточного давления будет иметь вид p sin kx cosωt .

Таким образом, мгновенное значение давления в некоторой точке пространства можно представить в виде

p′ = p + p

(рис. 2.4.2).

44

При повороте измерительного винта (рис. 2.4.4) штанга приемника смещается в горизонтальном направлении. Одно деление горизонтальной шкалы равно 1 мм, что соответствует двум полным оборотам винта. Число оборотов винта показано в окошке на корпусе винта.

ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Включить ультразвуковой генератор.

2.На мультиметре выставить режим ДС (прямой ток, кнопка справа вверху). Выбрать предел измерения 20V.

3.Провести измерения интенсивности стоячей волны в зависимости от положения приемника. Для этого следует перемещать приемник 3 с помощью винта 5. Интенсивность пропорциональна напряжению на вольтметре 6. Результаты измерений занести в

табл. 2.4.1, где xi – координата приемника по горизонтальной шкале 2 (на рис. 2.4.4); Ui – показания мультиметра, В. Измерения проводить до тех пор, пока не будет получено три четких максимума на графике зависимости U(x) (рис. 2.4.5).

Таблица 2.4.1

4.По данным табл. 2.4.1 построить график U(x).

5.По графику U(x) определить длину волны ультразвука λ. Это следует сделать разными способами. Например, по двум соседним максимумам:

λ = 2 x1max − x2max .

Или по максимуму и минимуму интенсивности:

λ = 4 x1max − x2max .

Найти <λ>.

6. Рассчитать скорость распространения ультразвука по форму-

ле: V =λν.

Частота ультразвуковых волн указана в разделе «Описание установки».

Определить γ для воздуха с помощью формулы (2.4.4).

47

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какая волна называется продольной?

2.Какой вид имеет волновое уравнение для плоской волны, распространяющейся вдоль оси x?

3.Как определить фазовую скорость волны по волновому уравнению?

4.Что такое стоячая волна?

5.Как определить координаты пучностей (узлов) стоячей вол-

ны?

6.Чему равно расстояние между соседними пучностями (узлами) стоячей волны?

7.Каким образом можно получить стоячую волну? Как ее получают в данной работе?

8.Нарисуйте график давления от координаты в звуковой волне в некоторый момент времени.

9.Опишите процедуру определения длины волны ультразвука

вданной работе.

10.Какопределить γдлявоздуха, знаядлинуволныультразвука?

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 4. Волны. Оптика: учебное пособие для втузов. М.: АСТ, Астрель, 2008.

2.Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 3. Молекулярная физика и термодинамика: учебное пособие для втузов. М.: АСТ: Астрель, 2005.

3.Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: учебное пособие для вузов. М.: Лаборатория базовых знаний, 2006.

4.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. Т. 1, 2.

М.: Дрофа, 2003, 2004.

5.Светозаров В.В. Элементарная обработка результатов измерения: учебное пособие. М.: МИФИ, 2005.

Дополнительная

1. Крауфорд Ф. Волны. М.: Наука, 1974.

49