Описание установки.

Общая схема экспериментальной установки представлена на рис.3.

Рис. 3. Схема установки

Источником колебаний служит электродинамический репродуктор. Он преобразует электрические колебания звукового генератора в звуковые волны. Приемником (наблюдателем) служит электродинамический микрофон, который преобразует принятые им звуковые колебания в электрические. Микрофон и репродуктор располагаются на подставках, одна из которых может быть приведена в движение относительно другой с помощью электродвигателя. Измерение направления движения подставки осуществляется с помощью тумблера, расположенного на раме установки.

Колебания частоты, воспроизводимой микрофоном, подаются на горизонтальные пластины осциллографа. На эти же пластины подаются ослабленные на сопротивлении Rколебания от звукового генератора частоты. Колебания₁и₀, складываясь, создают на входе осциллографа (на горизонтальных пластинах) колебания напряжения (биения). Колебания напряжения приводит к колебанию электронного луча, который, благодаря отсутствию инерционности, успевает следовать за колебаниями напряжения. Если включить горизонтальную развертку на осциллографе, то получится кривая, в точности повторяющая изменение напряжения на горизонтальных пластинках во времени. Частоту биения легко определить с помощью секундомера. Для точного определения частоты сигналов излучателя применяется цифровой электронный частотомер.

Измерения

1. Проверьте схему согласно рис. 3. Включите звуковой генератор, осциллограф и частотомер. После включения частотомера выждите пять минут для установления рабочего режима прибора. Переключатели частотомера должны быть установлены для определения частоты колебаний. Необходимые сведения получите у лаборанта.

2. Убедитесь, что при U= 0 иV= 0 (1 случай). Произведите измеренияприV0 иU= 0 (2 случай) для интервала частот 2—4 кГц. Время нескольких биений измерьте при помощи секундомера, вычислите частоту биений. Частоту колебаний источника измерьте по частотомеру.

3. Произведите измерения в том же интервале частот приU= 0 иV0 (3 случай), сохраняя неизменной скорость тележки.

4. По соответствующим формулам рассчитайте скорость тележки для п.2 и п.3. Скорость звука в воздухе найдите по формуле

,

где = 1,4;

R = 8,3110³Дж/(кмольК);

кг/кмоль;

Т — абсолютная температура воздуха.

5. Определите из всех измерений среднее арифметическое значение скорости тележки и сравните его со скоростью полученной по формуле S = Ut. Рассчитайте абсолютную и относительную ошибки измерения скорости тележки на основе эффекта Доплера.

6. Результаты измерений оформите в виде таблицы. Форму таблиц разработайте самостоятельно.

Контрольные вопросы

1. Имеются два камертона с одинаковой частотой. Один из них некоторое время подержали в руке, а затем оба камертона возбудили, почему при этом слышны биения?

2. Будет ли иметь место эффект Доплера, если движение наблюдателя имеет компоненту скорости, перпендикулярную к линии, соединяющей источник с наблюдателем?

3. Какое влияние оказывает скорость ветра на эффект Доплера?

4. Почему и в каких случаях эффект Доплера для звуковых волн при движении приемника к источнику и источника к приемнику оказывается различным? Оцените разницу в воспринимаемых частотах для следующих случаев:

а) источник движется к покоящемуся наблюдателю со скоростью 200 м/с;

б) с той же скоростью движется наблюдатель к покоящемуся источнику.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Хайкин С. Э. Физические основы механики. —М.:Наука, 1971.— С. 721-747.

2. Сущинский М.М. Курс физики.—М.:Наука, 1973.— С.148-178.

3. Савельев Н.В. Курс общей физики: В 3 т. Т.1.—М.:Наука, 1977.—С. 182-183, 191-196, 201-202.

4. Савельев Н.В. Курс общей физики: В 3 т.Т.2.—М.:Наука, 1977.—С. 292-295.