Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КУРСКИЙ ПОЛИТЕЧНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 18
ПО РАЗДЕЛУ КУРСА ФИЗИКИ “МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА”
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 18
ОПРЕДЕЛНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН .
ЦЕЛЬ РАБОТЫ : ПРИОБРЕСТИ НАВЫКИ ПО ИЗМЕРЕНИЮ СКОРОСТИ ЗВУКА МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН .
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ .
УСТАНОВКА СХЕМАТИЧНО ИЗОБРАЖЕНА НА РИСУНКЕ .
ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ УСТАНОВКИ ЯВЛЯЮТСЯ : ТРУБА-РЕЗОНАТОР (1) , ВНУТРИ КОТОРОЙ СВОБОДНО ПЕРЕМЕЩАЕТСЯ ПОРШЕНЬ (2) . У ОТКРЫТОГО КОНЦА ТРУБЫ ЗАКРЕПЛЕН ИСТОЧНИК ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ (3) , ПИТАЕМЫЙ ОТ ГЕНЕРАТОРА (4) .
ЗВУКОВАЯ ВОЛНА , ИЗЛУЧАЕМАЯ ИСТОЧНИКОМ , РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ
ВНУТРИ ТРУБЫ В НАПРАВЛЕНИИ ПОРШНЯ . ЭТУ ВОЛНУ НАЗЫВАЮТ ПА-
ДАЮЩЕЙ . УРАВНЕНИЕ ПАДАЮЩЕЙ ВОЛНЫ ИМЕЕТ ВИД :
y1aCos 2t
ГДЕ Y1- СМЕЩЕНИЕ КОЛЕБЛЮЩИХСЯ ЧАСТИЦ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ .
A – АМПЛИТУДА КОЛЕБАНИЙ .
- ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ .
- ДЛИНА ВОЛНЫ .
X – РАССТОЯНИЕ ОТ ИСТОЧНИКА ЗВУКА ДО ТОЧКИ ,
В КОТОРУЮ РАСПРОСТРАНИЛИСЬ КОЛЕБАНИЯ
К МОМЕНТУ ВРЕМЕНИ :
ГДЕ - СКОРОСТЬ РАСПРОСТРОНЕНИЯ ВОЛНЫ .
УРАВНЕНИЕ ВОЛНЫ , ОТРАЗИВШЕЙСЯ ОТ ПОРШНЯ ИМЕЕТ ВИД :
Y2=a Cos 2 (t) , (2)
СТОЯЧАЯ ВОЛНА ОБРАЗУЕТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ НАЛОЖЕНИЯ (ИНТЕРФЕРЕНЦИИ)
ПАДАЮЩЕЙ И ОТРАЖЕННОЙ ВОЛНЫ
Y=Y1Y2=2a Cos (2) Cos 2 t (3)
из уравнения (3) следюет , что стоячая волна имеет амплитуду
a = 2a Cos (2) (4)
которая не зависит от времени , но изменяется в зависимости
от координаты X .
пучностями стоячей волны называют точки , в которых
выполняется условие максимума для амплитуды
Cos (2 )= 1 (5)
ИЗ УСЛОВИЯ (5) СЛЕДУЕТ , ЧТО КООРДИНАТЫ ПУЧРОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ
РАВЕНСТВАМИ
X= , Т.К. 2 = , = 0, 1, 2, 3… (6)
УЗЛАМИ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ НАЗЫВАЮТ ТОЧКИ , В КОТОРЫХ
АМПЛИТУДА РАВНА НУЛЮ
Cos (2)= 0 (7)
КООРДИНАТЫ УЗЛОВ
2 = (2+1) , y = (2+1) (8)
ИЗ СООТНОШЕНИЙ (6) И (8) СЛЕДУЕТ , ЧТО РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ СОСЕДНИМИ
УЗЛАМИ (ПУЧНОСТЯМИ) В СТОЯЧЕЙ ВОЛНЕ РАВНО .
В НАШЕМ СЛУЧАЕ СТОЯЧАЯ ВОЛНА ОБРАЗУЕТСЯ В СТОЛБЕ ВОЗДУХА,
ЗАКЛЮЧЕННОМ МЕЖДУ ОТКРЫТЫМ КОНЦОМ ТРУБЫ И ПОРШНЕМ . ПРИЧЕМ
НА ОТКРЫТОМ КОНЦЕ ВСЕГДА ОБРАЗУЕТСЯ ПУЧНОСТЬ , А НА ЗАКРЫТОМ –
УЗЕЛ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ . РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ УЗЛОМ И ПУЧНОСТЬЮ В
СТОЯЧЕЙ ВОЛНЕ РАВНО . НА ВСЕЙ ДЛИНЕ СТОЛБА ВОЗДУХА УЛОЖИТСЯ
ИЛИ , ИЛИ 3 , ИЛИ 5 И Т.Д. , Т.Е. ДЛИНЫ СТОЯЧИХ ВОЛН ,
УСТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ В ВОЗДУШНОМ СТОЛБЕ , ОТКРЫТОМ С ОДНОГО
КОНЦА , ДОЛЖНЫ УДОВЛЕТВОРЯТЬ УСЛОВИЮ
=(2m-1) , (9)
ГДЕ m = 1 , 2 , 3 , …
ВОЗДУШНОМУ СТОДБУ , КАК КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ , ПРИСУЩИ
СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ , ХАРАКТЕРИЗУЕМЫЕ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТОЙ .
AКУСТИЧЕСКИМ РЕЗОНАНСОМ НАЗЫВАЮТ ЯВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЯ
ЗВУКА В СРЕДЕ , КОГДА ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ ИСТОЧНИКА СОВПАДАЕТ
С ОДНОЙ ИЗ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КОДЕБАНИЯ СРЕДЫ .
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА .
СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ДАННОЙ РАБОТЕ
ОПРЕДИЛЯЮТ ИСПОЛЬЗУЯ ФОРМУЛУ :
=
ГДЕ - СКОРОСТЬ ЗВУКА .
- ДЛИНА ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ .
- ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ ИСТОЧНИКА ЗВУКА .
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ ИСТОЧНИКА ЗАДАНА .
ДЛИНУ ВОЛНЫ НАХОДЯТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ИЗ ФОРМУЛЫ (9) .
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗОНАНСА КОЛЕБАНИЙ В ВОЗДУШНОМ СТОЛБЕ ПОДБИРАЮТ ДЛИНУ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО СТОЛБА , ТАК ЧТОБЫ ДЛИНА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ ( ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ) В НЕМ СОВПАДАЛА С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ , ИЗЛУЧАЕМОЙ ИСТОЧНИКОМ .
ИЗ ФОРМУЛЫ (9) СЛЕДУЕТ , ЧТО НАИМЕНЬШАЯ ДЛИНА ВОЗДУШНОГО СТОЛБА , ПРИ КОТОРОЙ НАБЛЮДАЕТСЯ РЕЗОНАНС , ДОЛЖНА БЫТЬ РАВНА ПРИ m1 .
GHGHJHJ
ПРИ ПОСТЕПЕННОМ УВЕЛИЧЕНИИ ДЛИНЫ РЕЗОНАНС БУДЕТ НАБЛЮДАТЬСЯ ВСЯКИЙ РАЗ , КОГДА НА ДЛИНЕ ВОЗДУШНОГО СТОЛБА УЛОЖИТСЯ НЕЧЕТНОЕ ЧИСЛО ЧЕТВЕРТЕЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ :
1 , 23 , 35 … 2m1
ЗНАЯ ЧАСТОТУ КОЛЕБАНИЙ ИСТОЧНИКА ЗВУКА И ОПРЕДЕЛИВ ДЛИНУ ВОЛНЫ ПО ДЛИНЕ ВОЗДУШНОГО СТОЛБА В МОМЕНТЫ РЕЗОНАНСА , ОПРЕДЕЛЯЮТ СКОРОСТЬ ЗВ3УКА ПО ФОРМУЛЕ (10) .
ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ .
НАХОЖДЕНИЕ КООРДИНАТЫ ПУЧНОСТИ ‘ НА СЛУХ ’ СВЯЗАНО С ОШИБКОЙ , ВОЗНИКАЮЩЕЙ ЗА СЧЕТ НЕКОТОРОЙ ‘ РАЗМАЗАННОСТИ ‘ В ВЕРШИНЫ ПУЧНОСТИ . БОЛЕЕ ТОЧНЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ УЗЛОВ, Т. К. ПРИ СОВПАДЕНИИ ПОРШНЯ С КООРДИНАТОЙ УЗЛА ЗВУК ПРАКТИЧЕСКИ ИСЧЕЗАЕТ ( АМПЛИТУДА ВОЛНЫ ОБРАЩАЕТСЯ В НУЛЬ ). ЕЩЕ ТОЧНЕЕ ДЛИНУ ВОЛНЫ ПОЛУЧАЮТ НАХОДЯ РАЗНОСТИ
21 , 32 , . . .
ОТКУДА :
К1К2
ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДЯТ ДЛЯ 4-5 КООРДИНАТ УЗЛОВ.
СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОДСТАВЛЯЮТ ФОРМУЛУ (10) .
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1 КАК ОБРАЗУЕТСЯ И КАКИМ УРАВНЕНИЕМ ОПИСЫВАЕТСЯ СТОЯЧАЯ ВОЛНА ?
2 КАКИЕ ВОЛНЫ НАЗЫВАЮТ ЗУВУКОВЫМИ ?