ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / Лаба 11

Цель работы - определить  = C_p/C_V методом стоячей звуковой волны.

Общие сведения.

Звуковые волны являются продольными волнами сжатия и расширения, следовательно, их скорость зависит от упругих свойств среды.

Для вычисления  необходимо определить скорость распространения звуковых колебаний. В данной работе эта скорость определяется методом стоячей волны – методом Кундта.

Если в трубе, один конец которой закрыт, возбудить звуковые колебания, в ней в результате наложения двух встречных волн (прямой и отражённой) с одинаковыми частотами и амплитудами будут возникать стоячие волны. В определенных точках амплитуда стоячей волны равна сумме амплитуд обоих колебаний и имеет максимальное значение; такие точки называются пучностями. В других точках результирующая амплитуда равна нулю, такие точки называются узлами. Расстояние между ближайшим узлом и пучностью равно /4, где  - длина бегущей звуковой волны. Таким образом, измерив расстояние между узлом и пучностью или между двумя ближайшими пучностями (/2), можно найти длину бегущей звуковой волны .

Описание экспериментальной установки.

В экспериментальную установку (рис.1) входят: стеклянная труба, в которой создаётся стоячая волна, звуковой генератор (ЗГ), микроамперметр, 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.

Основные расчетные формулы.

- разность между соседними отсчетами положений телефона, при котором показание мкV максимально.

 = 2 - длина бегущей волны для среднего расстояния между пучностями.

 =  - скорость бегущей волны, где - частота колебаний.

- где  -отношение теплоёмкости при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме для воздуха, - молярная масса воздуха, - универсальная газовая постоянная.

Формулы погрешностей.

Таблица.

Номер опыта	Номер измерения	 , Гц	lk , м	lk , м	, м	 , м/с	
1	1	1000	0,170	0,173	0,346	346	1,420
	2		0,343
	3		0,517
2	1	1200	0,143	0,142	0,284	340,8	1,377
	2		0,281
	3		0,426
3	1	1500	0,227	0,115	0,230	345	1,412
	2		0,343
	3		0,458
4	1	1800	0,186	0,096	0,192	345,6	1,417
	2		0,282
	3		0,378

T = 294,2 K - температура воздуха в лаборатории.

Вычисления.

Расчет погрешностей.

Окончательные результаты.

Вывод.

Определили отношение теплоёмкости воздуха при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме методом стоячей волны. Во всех четырех проделанных опытах результаты примерно одинаковые, что позволяет судить о том, что измерения были достаточно точными.