Литература Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1978, т. 2, §§ 99, 100, 102 - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Литература 3 (102) Иностранный язык 3 (102) 3 (102) 1 41.12kb.
Литература 3/102 3/102 6/204 Иностранный язык 3/102 3/102 6/204 1 27.74kb.
Литература и театр издательство «наука» москва 1978 57 11233.11kb.
Литература 3 (102) Иностранный 3 (102) 3 (102) 1 35.46kb.
Курс прикладной физики на железной дороге «красный, желтый, зеленый» 1 157.7kb.
Дополнительная литература Пирри А., Уокер Дж. Система океан-атмосфера. 1 24.91kb.
Научная библиотека 4 366.93kb.
Участковый пункт милиции №1, ул 6 563.77kb.
Курсовая по общей психологии (теоретическая) Данная работа носит... 1 89.03kb.
Источник: Философия Мартина Хайдеггера и современность. М., Наука... 1 199.04kb.
Кафедра общей физики дударева Татьяна Викторовна 3 507.2kb.
Особенности геометрии режущего инструмента при ультразвуковом пилении... 1 54.43kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Литература Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1978, т. 2, §§ 99, 100, 102 - страница №1/1



Лабораторная работа 6.3

Определение скорости звука в воздухе


методом акустического резонанса.

Литература


  1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1978, т. 2, §§ 99, 100, 102.

  2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985, §§ 156, 157.


Цель работы: измерение скорости звука в воздухе методом акустического резонанса.
Описание метода и экспериментальной установки.
Приборы и принадлежности: звуковой генератор, телефон, стеклянная труба, воздушные наушники, шкала для отсчета.
В данной работе в качестве акустической системы, в которой возбуждают звуковые волны определенной частоты, заданной преподавателем, используют столб воздуха, заключенный в тонкой трубке (рис. 1). В верхней части этой трубки 1 закреплен телефон 2, подключенный к звуковому генератору 3 и являющийся источником звуковых волн.

Нижняя часть трубки 1 заполнена жидкостью, уровень которой изменяют перемещением вверх или вниз стакана 4, соединенного с помощью шланга с трубкой. При опускании стакана 4 уровень жидкости в трубке понижается и соответственно увеличивается длина воздушного столба – основного параметра акустической системы, определяющего спектр ее собственных частот.

Определение скорости распространения звуковой волны в данной работе производится методом стоячей волны.

Стоячая волна образуется в результате интерференции двух когерентных волн, распространяющихся навстречу друг другу и полученных от одного источника. При наложении прямой волны и отразившейся от какого-либо препятствия обратной волны, уравнение которой при выполнении условий акустического резонанса имеет вид , образуется результирующая волна с той же круговой частотой и амплитудой, зависящей от координаты точки:



(1)

У
равнение (1) называют уравнением стоячей волны. Используя соотношения , уравнение (1) запишем в виде:



(2)

Из уравнения (2) видно, что амплитуда стоячей волны зависит от координаты l:



(3)

В точках, где , амплитуда достигает максимального значения, равного 2А0. Эти точки называются пучностями. Координаты пучностей определяются условием



(4)

В точках, где , амплитуда колебаний в любой момент времени обращается в нуль. Эти точки называются узлами. Координаты узлов имеют следующие значения:



(5)

Из формул (4) и (5) следует, что расстояние между соседними узлами, так же как и расстояние между соседними пучностями равно:



(6)

График стоячей волны приведен на рис. 2. Кривые I, II, III, IV на рис. 2 – графики смещения для различных моментов времени, причем кривая I соответствует такому моменту времени, для которого и, следовательно, дает распределение амплитуд в стоячей волне. Кривая III, совпадающая с осью l, соответствует моменту времени, когда .




При выполнении условий акустического резонанса в среде существует одна или несколько стоячих волн, распределение амплитуд которых определяется условиями отражения волн на границах среды и местом закрепления. Такие частоты, при которых возникают стоячие волны, называются собственными частотами акустической системы. При возникновении стоячих волн размеры акустической системы определяют длину волны, а следовательно, и частоту стоячей волны.

Наиболее просто определяются собственные частоты для таких акустических систем, как струны, стержни, тонкие пластины, столбы газа в тонких протяженных сосудах. Для таких систем характерная длина тела и длина стоячей волны связаны соотношениями: либо длина тела кратна либо четному, либо нечетному числу четвертей длин волн. Если за пределами тела расположена более жесткая среда, то амплитуда колебаний на граничной поверхности будет намного меньше амплитуды падающей волны, и на этой поверхности возникает узел стоячей волны. Более жесткой средой являются закрепляющие элементы пластин, струн, стержней, трубы с твердыми и жидкими торцевыми отражающими поверхностями, ограничивающими объем газа.

Наличие свободной, незакрепленной границы тела или более мягкой среды предопределяет возникновение на этой границе пучности стоячей волны.

Условиям возникновения на свободных границах акустических систем пучностей стоячих волн, а на закрепленных границах и в местах закрепления – узлов стоячих волн соответствует целый ряд кратных друг другу длин волн, образующих спектр данной акустической системы.

В лабораторной работе возникновение акустического резонанса определяется по резкому усилению громкости звука в наушниках 5, присоединенных к трубке вблизи свободного конца.

При наложении прямой волны, излучаемой телефоном, и обратной волны, отраженной от раздела с более жесткой, чем газ, жидкостью, возможно возникновение акустического резонанса, если частота излучаемой телефоном волны совпадает с одной из собственных частот колебаний газового столба. При этом в системе возникает стоячая волна, узел которой расположен на границе раздела воздух-жидкость, а пучность – на свободном верхнем конце трубки.

Длина стоячей волны связана с длиной воздушного столба:



(7)

Из выражения и (7) следует, что при неизменной частоте звуковых волн акустический резонанс возникает только при длинах воздушного столба в трубке . При этом расстояние между двумя последовательно расположенными максимумами . Следовательно,



(8)
Порядок выполнения работы.


  1. Включить звуковой генератор и подключить к нему телефон. Установить частоту генератора в соответствии с указаниями преподавателя. Одеть наушники.

  2. Медленно поднимая или опуская стакан 4, определить длины воздушных столбов, соответствующих максимальной громкости звука в наушниках. Измерения произвести 5 раз для каждой заданной частоты.

  3. Вычислить расстояние между соседними максимумами . Найти среднее значение этого расстояния. По формуле (8) найти скорость звука для каждой частоты.

  4. Измерить температуру воздуха и по формуле найти теоретическое значение скорости звука.

  5. Оценить величину относительной и абсолютной погрешности при нахождении скорости звука.

  6. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1.

Контрольные вопросы.


  1. Какова принципиальная схема установки для измерения скорости звука в воздухе?

  2. В чем причина возникновения стоячих волн?

  3. Почему процесс распространения звуковой волны является адиабатическим?

  4. Каким образом в данной работе измеряется длина звуковой волны?

  5. Вывести уравнение стоячей волны и проанализировать его.

Таблица 1




,

Гц





Номер опыта




,

см


T,

оС

с, м/с

1

2

3

4

5

опытн.

теор.




h,

мм
































l,

мм

















сред.




li


















(li)2
















(li)2







h,

мм
































l,

мм

















сред.




li


















(li)2
















(li)2











Лицемер: человек, который убил обоих родителей и просит о снисхождении, ссылаясь на то, что он сирота. Авраам Линкольн
ещё >>