Методика эксперимента и описание установки
Для определения ∆x – расстояния между двумя последовательными максимумами звучания – пользуются установкой, изображенной на рис. 7.3. Здесь К – стальная труба, прикрепленная к деревянной доске со шкалой С. Над верхним отверстием трубы прикреплен телефон Т, обращенный мембраной к отверстию трубы. Этот телефон возбуждается звуковым генератором. В поршень вмонтирована медная трубка М, соединенная резиновым шлангом Ш с наушниками. Когда генератор включен, его сигнал звуковой частоты заставляет мембрану телефона совершать вынужденные колебания. Испускаемые ею звуковые волны, распространяясь в воздушном столбе трубы К, отражаются от поверхности поршня и мембраны, образуя при выполнении условия (7.17) стоячую волну. Перемещая поршень вверх или вниз, можно определить положения поршня, в которых наблюдаются максимумы звучания. Расстояние ∆x между соседними положениями порш-
ня, в которых наблюдается максимум звучания, равно половине длины звуковой волны. Тогда скорость распространения звуковых волн в воздухе можно определить по формуле (7.20).
Порядок выполнения работы
1.Включить генератор в сеть.
2.Установить частоту 800 Гц.
3.Надеть наушники. Установить поршень в крайнее верхнее положение. Медленно перемещая поршень вниз, определить положения максимумов звучания и занести их в табл. 7.1. Подумайте, как можно определить, что полученная громкость сигнала является максимальной.
4.Повторить определение координат максимумов звучания, перемещая поршень вверх и вниз. Координаты одного и того же максимума записать в одну строчку таблицы.
5.Повторить измерения по п.п. 2 – 4 для частот 1000 и 1200 Гц.
Обработка результатов измерений
1.Определить среднее значение координат всех пучностей для частоты 800 Гц.
2.По средним значениям координат определить расстояния между максимумами звучания ∆x . Определить среднее расстояние между ними и по нему вычислить скорость распространения волны по формуле (7.20).
3.Проделать вычисления по п.п. 1 – 2 для частот 1000 Гц, 1200 Гц.
137
4.Определить среднее значение скорости звука в воздухе.
5.Определить теоретическое значение скорости звука в воздухе по формуле (7.21).
Таблица 7.1
|
Деления шкалы, соответ– |
Расстоя- |
Среднее |
|
Экспери– |
|
Част |
ствующие максимумам |
ние меж- |
Длина |
ментальное |
|
|
ота |
звучания при перемещении |
ду сосед- |
значе- |
волны |
значение |
|
ν, |
поршня |
ними |
ние |
λ, м |
скорости |
T, |
Гц |
вниз вверх вниз сред- |
максиму– |
∆x , |
|
v, м/с |
К |
|
нее |
мами |
м |
|
|
|
|
|
∆x , м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение скорости v , м/с
Теоретическое значение скорости vтеор, м/с
Контрольные вопросы
1.Дать определение волны в упругой среде. Какая волна называется продольной? Какая волна называется поперечной? Что такое волновой фронт и волновая поверхность?
2.От каких параметров зависит скорость распространения звуковых волн в различных средах?
3.Что такое длина волны? Как связаны скорость распространения волны с длиной
волны?
4.Написать уравнение бегущей волны.
5.Дать определение принципа суперпозиции волн?
6.Какие волны называются когерентными?
7.Что такое интерференция волн?
8.Написать уравнение стоячей волны. На каком расстоянии друг от друга находятся соседние узлы стоячей волны?
9.С какой разностью фаз колеблются в стоячей волне две частицы, находящиеся
между соседними узлами на расстоянии 14 λ друг от друга?
10.Чему равна максимальная амплитуда пучности при интерференции двух волн?
11.Каково условие возникновения максимальных колебаний при интерференции
втрубе, закрытой с обоих концов?
138