- •Методичні вказівки
- •Розділи
- •Затверджено на засіданні
- •Підготовка до виконання лабораторної роботи
- •Оцінка точності вимірювань фізичних величин
- •Лабораторна робота № 1 Вимірювання густини тіла
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 3 Знаходження моменту інерції твердого тіла
- •Теоретичні відомості та описання лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 4 Знаходження моменту інерції твердого тіла методом Гауса
- •Теоретичні відомості та описання лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 43 Визначення швидкості поширення звуку у повітрі та адіабатичної сталої повітря
- •Порядок виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 13 Визначення динамічної та кінематичної в’язкості рідини
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Рекомендована література
Порядок виконання роботи
Повільно збільшуючи генератором звукових коливань частоту звукових хвиль знайти значення для шести послідовних частот , які відповідають максимальній амплітуді коливань. Результати вимірювань, в системі одиниць виміру СІ, занести в таблицю:
-
Примітка
0
-
-
; ;
;
;
;
; ; ;
1
2
3
4
5
Використовуючи метод найменших квадратів обчислити середнє значення швидкості звуку та інтервал сподівання для нього , покладаючи , де: .
Обчислити відносні похибки вимірювання швидкості звуку та абсолютної температури, які за визначенням, відповідно дорівнюють:
;
За формулою (14) обчислити середнє значення адіабатичної сталої для повітря та інтервал сподівання для нього згідно формулі:
Контрольні питання
Що таке хвиля ?
Які хвилі називають поперечними, а які повздовжніми ?
Визначення хвильового фронту та хвильової поверхні.
Що таке довжина хвилі ?
Визначення хвильового вектора.
Чому дорівнює хвильове число ?
Рівняння плоскої хвилі.
В якому випадку можна спостерігати явище стоячих хвиль ?
Лабораторна робота №14
Визначення адіабатичної сталої повітря
Мета роботи: Вивчення одного з методів визначення адіабатичної сталої повітря, експериментальна перевірка основних газових законів.
Обладнання: Герметично закрита посудина, насос, манометр, лінійка з міліметровою шкалою.
Теоретичні відомості та описання лабораторної установки
За допомогою насосу у посудині створюється тиск більший за атмосферний. Надлишковий тиск вимірюється різницею рівнів рідини в манометрі, на графіку процесів цьому початковому стану відповідає точка 1.
Рис. 1.
Потім, на короткий час, кран 1 в посудині відкривають. При цьому частина повітря виходить з посудини, а частина яка залишається, адіабатично розширюється і переходить в стан 1, на графіку процесів цей перехід зображений ділянкою (11), при чому об’єм на графіку, це початковий об’єм частини повітря, яка залишається в посудині.
В стані 1 повітря має тиск рівний атмосферному але його температура нижча за температуру атмосферного повітря, бо при адіабатичному розширенні повітря охолоджується. Після цього повітря в посудині починає отримувати теплоту від атмосферного повітря і ізохорично нагрівається поки його температура не зрівняється з температурою атмосферного повітря. Після ізохоричного нагрівання, якому на графіку відповідає ділянка (12), повітря в посудині переходить в стан 2, з тиском , більшим за атмосферний (оскільки при ізохоричному нагріванні тиск повітря збільшиться ), надлишковий тиск вимірюється різницею рівнів рідини в манометрі, яка виникає через 2–3 хв. після відкривання на короткий час крану 1 в посудині. Температура повітря в стані 2 буде дорівнювати температурі атмосферного повітря, тобто температурі, яка була в нього до адіабатичного розширення із стану 1, тоді стани 1 і 2 повинні належати одній ізотермі, зображеній на малюнку пунктирною лінією. Згідно закону Бойля – Маріотта для станів 1 та 2 можна записати:
(1)
де : – об’єм посудини,
- початковий об’єм частини повітря, що лишається у посудині
після відкриття на короткий час крану 1.
З рівності (1) випливає: (2)
Згідно рівнянню адіабатичного процесу для ділянки (11) можна записати:
(3)
де: – адіабатична стала повітря.
З рівності (3) випливає: (4)
Прирівнявши відношення об’ємів в виразах (2) та (4) отримаємо:
(5)
з рівності (5) випливає, що: (6)
Розділивши обидві частини рівнянь (6) на величину одержуємо:
(7)
Прологарифмуємо обидві частини рівняння (7) і отримаємо:
(8)
Виразимо тиски та через атмосферний тиск і надлишкові тиски та (де – густина рідини в манометрі):
(9)
(10)
Підставивши (9) і (10) в вираз (8) отримаємо:
(11)
Величини , в рівнянні (11), значно менші за одиницю, це дає можливість скористатись відомою з математики наближеною рівністю: , при значно менших за одиницю, згідно якої можна записати:
(12)
(13)
Підставивши (12) і (13) у співвідношення (11) одержуємо:
(14)
З виразу (14) знаходимо формулу для обчислення адіабатичної сталої:
(15)
Запишемо формулу (15) у вигляді:
(16)
тоді, покладаючи , можна скористатись методом найменших квадратів для знаходження адіабатичної сталої .