Порядок виконання роботи

1. Визначте, користуючись вагою, масу кулі .

2. Запишіть масу маятника і його довжину (вони відомі).

3. Розмістіть відлікову шкалу біля маятника так, щоб вона була паралельна до площини коливань маятника.

4. встановіть пружинний пістолет так, щоб політ кулі був горизонтальним і вона влучила в точку на осі маятника.

5. Вистреліть і виміряйте за шкалою лінійне максимальне відхилення маятника. Дослід повторіть п’ять разів для кожної кулі.

6. Результати вимірювань запишіть у таблицю, обчисліть швидкість польоту кулі, оцініть точність експерименту. Зробіть відповідні висновки.

Контрольні запитання

1. Яка механічна система називається замкнутою?

2. Як формулюють і отримують закон збереження імпульсу?

3. Запишіть формулу, яка виражає основний закон обертального руху.

4. Що називається моментом сили?

5. Що називається моментом імпульсу?

6. Яка формула виражає момент імпульсу матеріальної точки та твердого тіла відносно нерухомо закріпленої осі?

7. Сформулюйте та виведіть закон збереження моменту імпульсу.

8. Запишіть закон збереження імпульсу та моменту імпульсу для випадку непружного зіткнення двох тіл.

9. Яка механічна система називається консервативною?

10. Сформулюйте та виведіть закон збереження механічної енергії.

Форма звіту до лабораторної роботи 124.

1. Завдання, рисунок установки, робочі формули з розшифруванням величин, які в них входять.

2. Формули для обчислення похибок:

;

3. Результати вимірювань та обчислень:

, ,

N н/п
1-5
с/зн

Аналогічно для двох інших матеріалів.

4. Кінцевий результат:

; ; ;

5. Висновки.

Лабораторна робота 125. Визначення швидкості поширення звуку в повітрі методом стоячої хвилі

Завдання: визначити швидкість звуку в повітрі методом стоячої хвилі.

Приладдя: установка для визначення довжини звукової хвилі, звуковий генератор.

Теоретичний матеріал, який потрібно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: хвильовий процес; рівняння біжучої хвилі; стояча хвиля та її рівняння; резонанс; розподіл амплітуд коливань у стоячих хвилях різного типу; швидкість поширення звуку в пружному середовищі.

Література

1. § 71-77, с.184-201; § 79-80, с.204-209.

2. § 10.1-10.7, с.155-171.

3. § 16.1-16.9, с.177-191.

4. § 11.1-11.2, с.251-254; § 11.5-11.6, с.258-261;

5. § 12.1-12.3, с.266-275.

О пис установки. Експериментальна установка (рис. 1) складається зі скляної трубки 1 та резервуара з водою 2, з’єднаного з помпою 3. Поряд з трубкою встановлена лінійка 4 з міліметр-ровою шкалою, призначена для визначення положення рівня води. За допомогою помпи воду з резервуара можна перекачувати в трубку, змінюючи висоту повітря-ного стовпа всередині трубки. Над відкритим кінцем трубки закріпле-ний динамік 5, мембрана якого коливається з частотою, що задана звуковим генератором 6. Моменти підсилення звуку можна реєструвати на слух або осцилографом 7 від мікрофона 8, встановленого над трубкою.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Коливання мембрани динаміка збуджують поздовжні коливання стовпа повітря у трубі, які поширюються в ній, відбиваються від поверхні води та йдуть у зворотному напрямі. Ці дві системи зустрічних хвиль, інтерферуючи одна з одною, утворюють у трубі стоячу хвилю, тобто періодичний ряд вузлів i пучностей (видугів) коливань. На поверхні води за цих умов завжди утворюється вузол. Залежно від висоти повітряного стовпа, а також від частоти коливань мембрани між рівнем води i верхнім кінцем труби розміститься певна кількість вузлів i пучностей стоячих хвиль.

Розглянемо детальніше процес утворення стоячої хвилі. Нехай маємо дві плоскі хвилі, які поширюються назустріч одна одній уздовж осі Оx. Рівняння цих хвиль запишемо у вигляді

і ,

де А – амплітуда;  – частота;  – довжина хвилі.

Після інтерференції (накладання) цих хвиль утвориться нова хвиля

. (1)

Це стояча хвиля, амплітуда якої

(2)

залежить від координати х за законом косинуса. Максимального значення А_ст набуває за умови

, де n = 0,1,2,3... (3)

Звідси легко визначити координати пучностей (видуг) стоячої хвилі.

. (4)

Отже, як бачимо із (4), відстань між двома сусідніми пучностями стоячої хвилі є сталою і дорівнює .

У

Рис. 2.

цій роботі цю відстань можна визначити експериментально. Зокре-ма (див. рис. 2.), звук мембрани підсилюється тоді, коли вона міститься в пучностях стоячих хвиль, періодичні імпульси яких підси-люють її коливання. Якщо ж неперервно змінювати висоту повіт-ряного стовпа, накачуючи або випускаючи воду з труби, то простежуватимуться послідовні підсилення звуку. Вірогідно, що повторення підсилення звуку настає тоді, коли висота повітряного стовпа у трубці змінюється на .

О

Рис. 2.

тже, фіксуючи положення рівня води L за кожного наступного підсилення, матимемо

. (5)

З іншого боку, відомо, що довжина хвилі  пов’язана зі швидкістю її поширення v і частотою  співвідношенням

. (6)

Підставивши (6) у (5), отримаємо робочу формулу для визначення швидкості звуку в повітрі

. (7)

Визначена за формулою (7) швидкість звуку в повітрі – це швидкість звуку при температурі досліду. Тому одержаний результат потрібно стандартизувати, тобто звести до 0^оС за формулою

, (8)

де – коефіцієнт об’ємного розширення повітря ( = 0,004 град^-1), – температура приміщення під час досліду.