vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цель работы: исследование зависимости сдвига частоты звука от скорости приемника относительно источника (акустический эффект Доплера).

Темы для изучения

Распространение звуковых волн, эффект Доплера.

Описание установки

4

6

Пояснение к схеме:

1.кар;

2.источник звукового сигнала (излучатель);

3.световой барьер с оптической осью;

4.пластинка;

5.приёмник звукового сигнала (микрофон);

6.генератор звукового сигнала;

7.трек;

8.устройство согласования с компьютером в состав которого входит аналого-

цифровой преобразователь.

Краткая теория

Пусть в упругой среде на некотором расстоянии от источника волн располагается воспринимающее колебания среды устройство (приемник). Опыты показывают, что

измеренная приемником частота совпадает с частотой о колебаний источника волн только в том случае, когда источник и приемник неподвижны относительно среды. Во всех остальных случаях эти частоты не равны. Например, известно, что при приближении к неподвижному наблюдателю звуковой сигнал поезда кажется более высоким, а при удалении от наблюдателя – более низким, чем тон сигнала того же поезда стоящего на станции. Это явление впервые было обосновано теоретически в 1842 году австрийским физиком Доплером и названо эффектом Доплера.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Обозначим: – скорость распространения волны в среде;ист – скорость источника;пр – скорость приемника.

Будем считать ист и пр положительными, когда источник и приемник сближаются и отрицательными, когда удаляются.

Пусть, например, наш приемник регистрирует число гребней волны проходящих мимо него. Рассмотрим частные случаи.

1. Источник и приёмник покоятся относительно среды, т.е. ист = пр = 0.

Длина волны:

Т

о

Распространяясь в среде, волна достигнет приемника и вызовет колебания его звукочувствительного элемента с частотой:

Следовательно, частота V звука, которую зарегистрирует приемник, равна частоте о,

скоторой звуковая волна излучается источником.

2.Приемник приближается к источнику, а источник покоится, т.е. пр>0, ист=0.

Скорость распространения волны относительно приемника равна + пр. Так как длина

волны при этом не меняется, то

частоты колебаний источника.

3. Источник приближается к приемнику, а приемник покоится, т. е. ист > 0, пр = 0.

Волна, излученная источником, пройдет расстояние:

Т

ист T

’

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

9.измените направление движения кара и повторите измерения скорости в двух направлениях ещё 2 раза;

10.результаты скорости движения кара заносим в таблицу №1:

Таблица 1.

11.на компьютере нажимаем «Остановить» и программа выводит график изменения скорости.

II.Определение частоты колебаний приёмника:

1.включите генератор звукового сигнала (для получения стабильного сигнала генератор должен «прогреться» в течение не менее 10 минут) и проверьте правильность установленных параметров звукового генератора:

3

4

1

2

1.множитель частоты – в положении 104;

2.частота сигнала;

3.переключатель формы импульса – в положении « »;

4.регулировка амплитуды выходного сигнала – в положении близко к MIN.

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2.включите микрофон, нажав на нём кнопку 3 «ON» ОДИН РАЗ (при этом

красная лампочка должна периодически мигать):

1

3

2

1 – переключатель формы сигнала (прямоугольный импульс);

2 – регулировка амплитуды входного сигнала – в положении близко к MIN; 3 – кнопка включения-выключения микрофона.

3.нажмите на иконку «новое задание» и установите параметры для измерения частоты на вкладке «Счётчик» в соответствии с рисунком 3.

4.на звуковом генераторе с помощью ручки 1 и 2 пункта II.1 установите частоту

колебаний в интервале от 16000 Гц до 20000 Гц;

5.поместите кар вблизи микрофона;

6.нажмите «Далее» и зафиксируйте 5 – 6 значений частоты покоя источника

звукового сигнала O (ВАЖНО: при измерении необходимо исключить посторонний шум!!!);

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

14.Повторите пункты с I.1 по II.12 ещё с двумя значениями скорости кара,

поставив переключатель в среднее и максимальное положение.

15.После завершения, не забудьте выключить генератор звукового сигнала и компьютер.

Обработка результатов измерений проводится следующим образом:

1)рассчитать среднее значение частоты звукового сигнала полученного экспериментально;

2)вычислить расчётную частоту звукового сигнала воспринимаемую приёмником по

формуле:

соответственно при сближении и удалении источника с приемником, принимая скорость распространения звуковой волны в воздухе 330 м/с;

3)найти ошибку измерений ;

4)построить график зависимости = F( ) с указанием на графике частоты покоя о;

5)результат измерений представить в виде: .

Контрольные вопросы

1.Что такое звук?

2.В чём заключается сущность эффекта Доплера?

3.Приведите примеры применения эффекта Доплера.

4.От каких параметров зависит частота звука воспринимаемая приёмником?

9