Опис установки
Установка для вимірювання швидкості звуку в повітрі (рис. 1) складається зі скляної труби 1, біля кінця якої знаходиться телефон 2, гучність і тон звучання якого задаються звуковим генератором 3. З мікрофону 4, який можна переміщувати вздовж труби 1, за допомогою підсилювача 5 сигнал подається на осцилограф 6. При русі мікрофону 4 вздовж труби 1 максимумам звучання сигналу відповідають найдовші світні лінії на екрані осцилографа 6, фіксуючи які, визначають довжину труби 1 при настанні резонансу, за допомогою лінійки 7.
Рис. 1
Хід роботи
1. Скласти установку згідно з рис.1 та після перевірки готовності вімкнути прилади в мережу.
2. Встановити певну частоту генератора з діапазону 500...1000 Гц та відрегулювати прийняту гучність звучання.
3. Віддаляючи мікрофон від телефону вздовж труби, послідовно знайти можливі резонансні стани за максимумами сигналу на екрані осцилографа, вимірюючи кожного разу довжину труби l1, l2 ...
4. Виконати експеримент з мінімумами амплітуди звукової хвилі.
5. Повторити вимірювання для інших частот вище вказаного діапазону (пп. 2...4).
6. Виміряти температуру в лабораторії.
7. Дані занести в таблицю
|
Номер п/п |
ν, Гц |
l1, м |
l2, м |
l3, м |
l4, м |
Т, К |
υ, м/с |
υтеор, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обробка результатів експерименту
1. Для кожного значення частоти вимірювань визначити величини швидкості звуку за формулою (12) відповідно до числа знайдених максимумів, мінімумів. Отримані результати усереднити.
2. Знайти середнє значення швидкості звуку в повітрі для всього частотного діапазону. Методом логарифмування та диференціювання обчислити похибки експерименту.
Визначити теоретичне значення швидкості звуку за формулою:
,
де γ = 1.4 - показник адіабати для повітря;
R = 8,31
– універсальна газова стала;
μ = 0,029 кг/моль – молярна маса повітря;
Т - абсолютна температура повітря.
4. Порівняти експериментальне значення швидкості звуку з теоретич-ним. Зробити висновок.
Додаткове завдання
Дослідити залежність експериментально визначених значень швидкості звуку від частоти та порівняти з даними теорії. Функцію υ = f(γ) зобразити графічно. Результати пояснити.
Контрольні запитання для допуску до виконання лабораторної роботи
Мета роботи.
Як практично утворюється механічна хвиля в пружному середовищі?
Що таке довжина хвилі?
Які хвилі називають повздовжніми та в яких пружних середовищах вони утворюються?
Які хвилі називають поперечними та в яких пружних середовищах вони утворюються?
Записати та охарактеризувати рівняння плоскої біжучої хвилі.
Що таке фаза хвилі, циклічна частота, хвильове число?
В яких випадках при накладанні плоских біжучих хвиль виникає стояча хвиля? Що таке амплітуда стоячої хвилі?
Як залежить швидкість звукових хвиль від частоти й довжини хвилі?