Описание экспериментальной установки

Установка состоит из стеклянного цилиндра 1, соединенного резиновым шлангом 2 с резервуаром 3, наполненным водой. Цилиндр снабжен линейкой для измерения длин волн и длины воздушного столба. Поднимая и опуская резервуар, можно изменять уровень воды в цилиндре и тем самым изменять длину воздушного столба. В качестве источника звука используется генератор сигналов 4 (ГЗ-112) с телефоном 5. Генератор сигналов вырабатывает электромагнитные колебания звуковой частоты, которые преобразуются телефоном в механические. Звуковая волна, идущая от мембраны телефона, и волна, отраженная от поверхности воды, интерферируют в столбе воздуха над водой. Если высота столба воздуха такая, что в ней укладывается нечетное число четвертей волн, то в нем возникают стоячие волны с узлом на поверхности воды и пучностью у открытого конца цилиндра. В этот момент воздушный столб в цилиндре звучит наиболее интенсивно, т.к. у открытого конца цилиндра лежит пучность смещений и скоростей частиц. Поэтому условия отдачи энергии в окружающее пространство в этом случае наилучшие. При изменении уровня жидкости в цилиндре звук ослабевает. Он вновь усиливается до максимума, когда уровень воды смещается на расстояние полуволны и на длине воздушного столба вновь укладывается нечетное число четвертей волн. Зная частоту колебаний и измерив длину полуволны как расстояние между последовательными максимумами звука нетрудно вычислить скорость звука:

, (5)

где .

Генератор сигналов вырабатывает колебания, частота которых изменяется с помощью регулятора «Частота». Показание на шкале регулятора умножается на величину, установленную на множителе.

Измерения и обработка результатов

Задание 1. Измерение экспериментальным путем скорости распространения звука в воздухе.

1. С помощью генератора сигналов задайте частоту колебаний , лежащую в интервале 800 – 2300 Гц (погрешность при этом равна).

2. Поднимая резервуар с водой, определите, при каких уровнях воды в цилиндре наблюдаются максимумы (резонансы) звука.

3. Измерьте длину волны, равную удвоенному расстоянию между двумя соседними максимумами.

4. Вычислите скорость распространения звука в воздухе по формуле (1).

5. Измерения повторите 3 раза для каждой частоты и не менее, чем для трех частот.

6. Данные измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

№	, Гц	, м	С, м/с	Сср м/с
1
2
3

Задание 2.Определение собственных частот колебаний воздушного столба.

1. Выполните пункт 1 задания 1. Частоты задавайте те же, что и в первом задании.

2. На каждой заданной частоте определите длину L воздушного столба, которая будет равна сумме расстояний между последовательными максимумами (резонансами).

3. Сверьте полученные данные с рассчитанными по формуле , где n=1, 3, 5… и определяется по числу узлов N, приходящихся на длину воздушного столба L, из таблицы 2:

Таблица 2

N	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
n	1	3	5	7	9	11	13	15	17	19

4. Выполните пункт 5 задания 1.

5. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

№	, Гц	N	n	L, м	n, Гц	ср, Гц
1
2
3

4. Определите погрешности измерения скорости звука в воздухе и укажите их возможные причины.