Порядок выполнения работы
Описание экспериментальной установки.
В экспериментальную установку (рис.2) входят: стеклянная труба, в которой создаётся стоячая волна, звуковой генератор (ЗГ), микровольтметр, частотомер (Ч). В стеклянную трубу вмонтированы неподвижный микрофон (М) и телефон (Т), который может свободно перемещаться вдоль оси трубы.
Звуковой генератор вырабатывает синусоидальное напряжение звуковой частоты, которое подается на телефон. Переменный ток приводит в колебательное движение мембрану телефона, являющуюся излучателем звуковой волны. Отражённая от противоположной стенки трубы волна движется навстречу излучаемой и происходит их наложение. В результате в трубе возникает стоячая звуковая волна. В микрофоне происходит преобразование механической энергии волны в энергию электрического тока, величина которого измеряется микровольтметром. Частота звуковой волны устанавливается лимбом на генераторе, точное значение частоты измеряется частотомером. При перемещении телефона вдоль трубы ток в цепи микрофона будет меняться от минимального, когда микрофон попадает в узел, до максимального, когда он попадает в пучность. Таким образом, следя за показаниями микровольтметра, можно найти положения нескольких пучностей стоячей волны и вычислить ее длину.
Последовательность проведения измерений:
1) включить ЗГ и частотомер в сеть, прогреть приборы в течение 3-5-ти минут;
2) после прогрева установить необходимую частоту колебаний на звуковом генераторе (удобен диапазон 1000-1800 Гц), измеряя точное значение частоты частотомером;
3) перемещая телефон вдоль трубы, найти ближайшее к левому концу трубы положение телефона lk, при котором показание микровольтметра максимально, записать его в таблицу;
4) зафиксировать еще два-три положения, при которых показания микровольтметра максимальны;
5) вычислить разность между соседними отсчётами lk = lk – lk – 1 для всех наблюдавшихся пучностей, усреднить полученные значения;
6) по среднему расстоянию между пучностями рассчитать длину бегущей волны = 2и скорость по формуле (9);
7) повторить пп.3-6 для 4-5-ти значений частоты в интервале 1000-1800 Гц.
8) измерить температуру воздуха в помещении;
9) рассчитать по формуле (8) при = 2,910-2 кг/моль (воздух), R = 8,31 Дж/(мольК);
10) результаты измерений и расчётов оформить в виде таблицы:
Таблица 1.
Физ. величина |
|
lk |
lk |
|
|
|
Ед. измерения Номер опыта |
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средние |
|
|
= 2 |
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
11) найти среднее значение ;
12) рассчитать погрешность измерения одним из двух способов:
1. Если произведено не менее десяти измерений, то допустимо рассчитать среднюю квадратичную ошибку
.
2. Если количество опытов невелико, то следует рассчитать среднюю арифметическую ошибку косвенных измерений . Формулу для расчета вывести самостоятельно, опираясь на расчётные формулы (8) и (9).