fizicheskij_praktikum_zubkov

Рассмотрим случай, когда затухание в среде невелико, амплитуды падающей и отраженной волн одинаковы и равны A0 .

При отражении волны от более плотной преграды в точке отражения как бы теряется половина волны, т.е. фаза отраженной волны меняется на p .

Тогда уравнения волны для падающей и отраженной волн имеют вид:

наблюдения, т.е. амплитуды колебаний различных точек различны. Точки,

в которых амплитуда A = Amax , называются пучностями стоячей волны, а

точки, где А = 0 – узлами стоячей волны (рис. 6.1).

Расстояние между соседними узлами lможно найти из условия:

81

Рис. 6.1. Сложение падающей и отраженной волн

Расстояние между указанными точками

Dх = l = хn+1 - хN ,

Итак, расстояние между соседними узлами равно

l = l .

2

Этой же величине равно расстояние между соседними пучностями. Нетрудно показать, что расстояние между соседними пучностями и узлами

равно l .

4

Так как стоячая волна является результатом сложения двух волн, распространяющихся в противоположные стороны, то результирующий поток энергии равен 0. Значит, стоячая волна энергию не переносит.

В случае отражения упругой волны от более плотной среды (поршня) собственные частоты определяются из условия(6.25). Если на

длине воздушного столба L установилась стоячая волна, то на этой длине укладывается целое число полуволн, т.е.

82

4

При совпадении собственной частотыv с частотой вынуждающей

любой частоте колебаний источника, если, непрерывно изменяя длину воздушного столба, находить l.

6.2. Описание установки

Для получения резонанса стоячих волн используется установка (рис. 6.2), состоящая из стеклянной трубы с поршнем, соединенной со звуковым генератором. Внутри трубы находится воздух с молярной массой

m (выбирается из таблиц).

83

передаются электрическому датчику, а от него поступают на осциллограф.

При колебаниях телефона по трубке распространяется

волна, которая интерферирует с волной, отраженной от поверхности поршня. В

6.3.Порядок выполнения работы

1.Проверить правильность схемы экспериментальной установки.

2.Включить осциллограф и получить на экране горизонтальную линию развертки.

3.Включить звуковой генератор, установить частоту 1200 Гц.

4.Ручкой «усиление по вертикали» установить высоту осциллограммы на экране осциллографа так, чтобы она не выходила за пределы экрана.

5.Перемещая поршень, настроиться на резонанс (высота развертки

максимальна) и зафиксировать значение Ln по делениям шкалы. Затем,

перемещая поршень, добиться следующего резонанса и записать значение

Ln +1 . Найти разность отсчетов соседних положений поршня при

резонансе. Эта величина дает значение половины длины стоячей волны

l = l / 2 .

84

Каждую настройку трубы в резонанс провести не менее трех, раз определяя положение поршня как среднее арифметическое

воздухе и затем, используя формулу (6.21), определить значение g = СР .

СV

Температуру воздуха в трубе принять равной комнатной.

8.Оценить ошибку измерений.

9.Данные измерений и вычислений занести в таблицу 6.1.

Котчету представить:

•результаты эксперимента и вычислений представить в табл. 6.1;

•расчетное значение u звука в воздухе и длины волныl на соответствующей частоте;

•расчетное значение g ;

•погрешности измеренных и расчетных величин.

описывается состояние идеального газа?

2. Какие вы знаете изопроцессы для идеального газа, и при каких условиях они происходят? Запишите формулы газовых законов для изопроцессов.

85

3.Сформулируйте и запишите первое начало термодинамики. Что такое теплота, внутренняя энергия и работа?

4.Что такое теплоемкость, молярная теплоемкость, удельная теплоемкость, от чего она зависит?

5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Вывод уравнения Майера.

6.Что такое g , какое практическое значение имеет эта величина?

7.Получить уравнение бегущей волны. Назвать основные свойства

ихарактеристики бегущей волны.

8.Объяснить, как возникает резонанс воздушного столба в трубе. Что такое собственная частота столба воздуха в трубе?

9.Образуется ли стоячая волна в трубе, если убрать поршень?

86

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ СЛЫШИМОСТИ УХА МЕТОДОМ ПОРОГОВ

Цель работы: 1) определение границ диапазона воспринимаемых ухом частот; 2) определение порога звукового восприятия для различных частот; 3) построение аудиограммы – зависимости пороговых уровней громкости в дБ от частоты.

Человек воспринимает звук в очень большом интервале изменений силы звука. При этом приближенно соблюдается закон Вебера-Фехнера: если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии(т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастет в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).

Математически это означает, что громкость звука пропорциональна логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых

87

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности. Установлено, что на частоте1000 Гц шкалы громкости и интенсивности звука полностью совпадают, т.е. k = 1. Следовательно, громкость на других частотах можно измерить, сравнивая исследуемый звук со звуком 1 кГц. Измеряют интенсивность звука, при которой возникнет

слуховое ощущение, а затем его сравнивают с порогом слышимости на частоте 1 кГц, согласно выражению (7.1).

где Uп – напряжение, соответствующее пороговому значению мощности звука на данной частоте, Uo – напряжение, соответствующее пороговому значению мощности звука на частоте 1000 Гц, или

88

напряжения, ослабляющим выходное напряжение при каждом новом положении на 10 дБ).

Рис. 7.1. Установка для снятия аудиограммы

Процесс измерения порога на данной частоте сводится к повороту ручки аттенюатора со ступенью затухания10 дБ до такого положения, при котором звук еще будет слышен минимально. Затем ручкой усиления окончательно определяют положение, при котором звук все еще слышен. Несколько раз уточняют это положение, подходят к нему со стороны больших и меньших мощностей. Записывают амплитудное значение звукового сигнала, измеренное с помощью вольтметра(в вольтах). Ту же операцию повторяют для разных частот. По полученным для всех частот данным строят график L = F (lg f ).

7.3.Экспериментальная часть

7.3.1.Определение граничных частот

89

Надеть головной телефон на уши. Чтобы охватить весь диапазон

ощущения). Измерьте с помощью вольтметра это амплитудное значение сигнала Uп. Оно на данной граничной частоте совпадает с пороговым

частоты являются границами диапазона звуков, воспринимаемых данным экспериментатором.

7.3.2. Снятие аудиограммы

Определение порога слышимости следует произвести на 17 частотах,

включающих: 20, 50, 70, 100, 200, 500, 700, 1000, 2000, 5000, 7000, 10000, 12000,14000, 16000, 18000, 20000 Гц и две граничные частоты. На каждой из частот с помощью вольтметра измеряется величина электрического сигнала, соответствующая порогу слышимости, как было описано выше. Измерения занести в табл. 7.1.

1

2

3

…

17

90