Контрольные вопросы и упражнения

1. Что такое гармоническое колебание, и какими параметрами оно характеризуется?

2. От чего зависит траектория результирующего движения при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний?

3. Почему допустимо считать «песочный маятник» математическим?

4. Как вычисляются период и частота математического маятника?

Литература

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1999. – § 7.3.

2. Ливенцев. Курс общей физики. – М.: Высшая школа, 1974. – § 28.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1997. – § 145.

4. Лаврова И.В. Курс физики. – М.: Просвещение, 1981. – § 54.

Лабораторная работа № 4

Определение скорости звука в воздухе интерференционным методом

Приборы и принадлежности: прибор Квинке, звуковой генератор, источник зву­ка.

Звук представляет собой колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц, распростра­няющиеся в упругой среде с некоторой скоростью, характерной для этой среды. Ско­рость звука в воздухе в зависимости от температуры можно рассчитать по формуле:

, (1)

где v₀ – скорость звука в данном газе при температуре 0°С,

 – коэффициент расширения газов (с достаточной степенью точности можно счи­тать  = 0,004 град^–1).

Расстояние, на которое распространяется звуковая волна за время, равное периоду колебаний, называется длиной волны. Длина волны, скорость ее распространения v и период колебаний (или частота) связаны соотношением:

,

откуда

. (2)

Соотношение (2) используется в работе для определения скорости звука интерференци­онным методом в форме, предложенной Квинке. Звуковые волны разделяются на две части, которые проходят пути различной длины, получают некоторую разность хода; затем обе части сводят вместе и наблюдают их интерференцию.

Описание экспериментальной установки

Схема установки для определения скорости звука методом интерференции приве­дена на рис.1. Звуковая волна создается с помощью радионаушника Т, питаемого от звукового генератора ЗГ (1). Радионаушник Т помещен в ящик (2), изготовленный из фанеры и наполненный ватой. По резиновой трубке звуковая волна идет от наушника в прибор Квинке (3) для наблюдения интерференции звуковых волн.

П рибор Квинке состоит из двух трубок А и В. Трубка А постоянной длины. Труб­ка В может частично вдвигаться в трубку А, неподвижно закрепленную на подставке. Увеличение длины трубки В отмечается по шкале S. Звуковая волна, идущая от источ­ника звука Т, входит в отверстие С, разделяясь на две: одна волна распространяется в направлении трубки А, другая – в направлении трубки В. Встречные волны накладываются друг на друга и интерферируют, т.е. образуют на всем протяжении трубок А и В картину устойчивых max и min интерференции.

Если разность длины трубок А и В (т.е. разность хода волн d ), полученная уве­личением длины трубки В, составляет нечетное число полуволн, т.е.

, (3)

то в области С₁ прибора наблюдается минимум интенсивности звука. Установка прибо­ра на минимум интенсивности звука в области C₁ производится непосредственно на слух, для чего на отверстие C_i надевается слуховая трубка (стетоскоп).