Контрольное задание 1.

Вариант 1. Определить силу натяжения T веревки, при которой скорость волны в веревке v = 7 м/с. Погонную массу веревки принять равной m = 0,05 кг/м.

Вариант 2. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 5 Н и погонной массе m = 0,04 кг/м.

Вариант 3. Сила натяжения веревки равна T = 2 Н. Определить погонную массу m, при которой скорость волны в веревке v = 5 м/с.

Вариант 4. Определить силу натяжения T веревки, при которой скорость волны в веревке v = 6 м/с. Погонную массу веревки принять равной m = 0,1 кг/м.

Вариант 5. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 2,5 Н и погонной массе m = 0,1 кг/м.

Вариант 6. Сила натяжения веревки равна T = 3,6 Н. Определить погонную массу m , при которой скорость волны в веревке v = 3 м/с.

Вариант 7. Как изменится скорость распространения волны по веревке, если погонную массу веревки увеличить в два раза? Натяжение веревки предполагается неизменным.

Вариант 8. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 3,24 Н и погонной массе m = 0,04 кг/м.

Задание повышенной сложности.

Вариант 9. Определить силу натяжения T стальной струны диаметром 2 мм, при которой скорость волны по струне v = 7 м/с. Плотность стали принять равной  = 7800 кг/м³.

3. Исследование скорости продольных волн в твердом теле и жидкости.

Чтобы исследовать скорость продольных волн установим щелчком мыши в кадре "Тип волны" переключатель "Продольные в тверд. теле". На экране появится следующая компьютерная модель:

Нажмем на кнопку "Старт" и посмотрим на то, в каком направлении распространяется волна в твердом стержне и в каком направлении смещаются при этом частицы . Мы увидим, что волна распространяется горизонтально вправо и деформированные молотком области (сгустки) при этом движутся по направлению распространения волны. Следовательно, волна в твердом теле - продольная.

Скорость распространения продольных волн зависит от модуля сжатия В и плотности среды 

.

В случае твердого стержня модуль сжатия B равен модулю Юнга Y. В случае жидкости, кроме модуля сжатия B, часто используют обратную величину k = 1/B, которую называют коэффициентом сжатия.

Работа с данной моделью аналогична работе с предыдущей моделью поперечных волн.

Следует заметить, что линейки выбора для B и  позволяют задавать только параметры твердого тела и получать на графике значение искомой скорости продольной волны по твердому стержню. В случае же жидкости вы должны использовать последнюю формулу для скорости продольной волны, куда необходимо подставить заданные значения B и , а затем с помощью калькулятора вычислить точное значение скорости волны в жидкости.

Теперь вы должны самостоятельно выполнить указанные преподавателем варианты следующего контрольного задания. Результаты измерений необходимо записать в лабораторную тетрадь и показать преподавателю.

Контрольное задание 2.

Вариант 1. Определить скорость v продольных упругих волн в стальном стержне. Положить модуль Юнга Y = 200 ГПа. Плотность стали  = 7800 кг/м³.

Вариант 2. Скорость продольных волн в стальном стержне равна 5100 м/с. Определить модуль упругости Y стали. Плотность стали  = 7800 кг/м³.

Вариант 3. Найти модуль Юнга металла, если скорость звука в этом металле v = 4700 м/с, а его плотность  = 8600 кг/м³.

Вариант 4. Определить скорость v продольных упругих волн в медном стержне. Положить модуль Юнга Y = 112 ГПа. Плотность меди  = 9000 кг/м³.

Вариант 5. Скорость звука в стержне из дюралюминия v = 5100 м/с. Определить модуль Юнга Y дюралюминия, приняв его плотность  = 2700 кг/м³.

Вариант 6. Какова скорость продольных волн в ртути, если ее плотность  = 13550 кг/м³, а модуль сжатия B = 200 ГПа?

Вариант 7. Скорость распространения звука в керосине 1330 м/с. Найти модуль сжатия керосина, если его плотность  = 800 кг/м³.

Вариант 8. Скорость распространения звука в ацетоне 1170 м/с. Найти модуль сжатия ацетона, если его плотность  = 787 кг/м³.

Вариант 9. Скорость распространения звука в глицерине 1930 м/с. Найти модуль сжатия глицерина, если его плотность  = 1264 кг/м³.

Вариант 10. Скорость распространения звука в жидком азоте 962 м/с. Найти модуль сжатия жидкого азота, если его плотность  = 810 кг/м³.

Вариант 11. Скорость распространения звука в бензоле 1295 м/с. Найти модуль сжатия бензола, если его плотность  = 879 кг/м³.

Вариант 12. Скорость распространения звука в этиловом спирте 1177 м/с. Найти модуль сжатия этилового спирта, если его плотность  = 789 кг/м³.