Опис установки

Установка для вивчення коливань струни (рис. 1) складається із струни 1, натягнутої між двома виступами корпуса 2, один кінець якої зв'язаний гвинтом натягу 3, а інший – динамометром 4, призначеним для вимірювання сили натягу. Центр струни 1 знаходиться в полі постійного магнету 5. Через струну протікає змінний струм, джерелом якого є генератор 6; частота струму вимірюється за шкалою генератора.

Рис. 1

Внаслідок дії сили Ампера, обумовленої взаємодією струму з полем постійного магнету, струна починає коливатись. Змінюючи частоту генератора, домагаються найбільшої інтенсивності коливного руху струни. У цьому випадку частота генератора збігатиметься з однією з власних частот струни (явище резонансу).

Хід роботи

1. Після перевірки готовності схеми встановити певний натяг струни та визначити силу натягу Т, знявши показання динамометра. Виміряти (в кількох місцях) мікрометром діаметр струни d, а лінійкою - її довжину l між точками закріплення.

2. Оцінити за формулою (1) частоту ν₁ та визначити необхідний діапазон частот генератора ν₁….ν₅.

3. Перемістити постійний магнет в центр струни, включити генератор і, плавно змінюючи частоту, отримати чітку картину коливань, що відповідає першій гармоніці. Дослід повторити кілька разів, фіксуючи кожного разу частоту f ₁ генератора.

4. Виконати експеримент з третьою та п'ятою гармоніками (п. 3).

5. Повторити вимірювання (пп. 2...4) для інших декількох значень сили натягу струни. Дані записати в таблицю:

Номер п/п	ρ, кг/м3	103 ∙ d, м	l, М	N	F, Н	f, Гц	ν, Гц

Обробка результатів експерименту

1. За результатами пп. 3-4 вимірювань з формули (1) визначити частоту першої v₁, третьої v₃, та п'ятої v₅ гармонік. Методом логарифмування і диференціювання визначити відносну та абсолютну похибки.

2. Для кожної гармоніки ν_n знайти середнє значення частоти генератора f_n та порівняти їх. Перевірити виконання рівності (2) для частот v_n i f_n. Зробити висновок.

3. Знайти частоти (1) для інших значень сили натягу згідно з п.5 вимірювань.

Додаткове завдання

Дослідити вплив положення постійного магнету відносно струни на характер коливань в струні.

Контрольні запитання для допуску до виконання лабораторної роботи

1. Мета роботи.

2. Записати та охарактеризувати рівняння стоячої хвилі.

3. Як можна створити стоячу хвилю в гнучкій струні в даній лабораторній роботі?

4. Що таке основний тон коливання струни та в якому випадку виникають обертони?

5. Які обертони називають гармоніками?

6. Яка роль сили Ампера при утворенні стоячої хвилі в гнучкій струні?

7. В яких випадках частота генератора збігатиметься з однією із власних частот струни?