Файл: Учебнометодическое пособие для направлений подготовки 44. 03. 01 Педагогическое образование и 44. 03. 05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).docx

распространения звука в стержне, и зная плотность материала , определяют модуль Юнга Е материала стержня:

,

(9)

(Полученные результаты для модуля Юнга сравнить с табличными результатами и результатами лабораторной работы № 6.)

Внимание. Натирание стержня следует начинать от точки его закрепления; продвигаясь вдоль стержня, постепенно увеличивайте силу трения между поверхностью стержня и фланелью, пропитанной канифолью, при этом следите, чтобы стержень был прочно закреплен и не менял своего местоположения.

Примечание. Измерение длины стрежня L и длины фигуры Кундта l провести по три раза и взять среднее арифметическое значение. Результаты занести в таблицу. Сделать подробный вывод по проделанной работе.

№	L, м		l, м
1
2
3

---

---

Вопросы для допуска

1. 
   Что называют механической волной?
   
2. 
   Что называют длиной волны?
   
3. 
   Напишите дисперсионное соотношение и объясните метод его получения?
   
4. 
   Что называется скоростью волны?
   
5. 
   Выведите формулы скорости продольных и поперечных волн.
   
6. 
   Что такое бегущая волна?
   
7. 
   Запишите уравнение бегущей волны?
   
8. 
   Выведите уравнение плоской волны.
   
9. 
   Выведите уравнение стоячей волны.
   
10. 
    Что называется интерференцией?
    
11. 
    В чем состоит принцип суперпозиции и каковы границы его применимости?
    
12. 
    Методика выполнения лабораторной работы.
    

Вопросы для защиты

Решение задачи на тему механические волны.
Лабораторная работа № 13

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ И СКОРОСТИ ЗВУКА

ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: акустическая труба, линейка, несколько камертонов и резиновый молоточек, ГЗ-39 и прибор для измерения длины звуковой волны ФП-42.

введение

В акустических лабораториях в качестве рабочих мер и приборов - генераторов звуковых частот - применяется камертон, камертонные генераторы, свистки Гамильтона, телефон питаемый электрическими генераторами звуковой частоты ИДР. Все указанные приборы предназначены для получения синусоидального звука.

От камертона, при ударе резиновым молоточком по его ножке, получают один основной звук, лишенный обертонов. Иными словами, колебания камертонов близки к синусоидальным. Частота его колебаний достаточно стабильна. Для усиления звука, создаваемого камертоном, его укрепляют на резонаторном ящике.

При помощи свистка Гамильтона получают свист, то есть звуковые колебания очень высокой частоты. Звук свистка почти не дает обертонов, то есть близок к синусоидальному, и может меняться по частоте в широком интервале. Телефон в совокупности с электрическим генератором звуковой частоты является более совершенным источником звука. От него получают синусоидальные колебания большой мощности в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Колеблющиеся со звуковой частотой тело в окружающей упругой среде создает звуковые волны. Звук распространяется в упругой среде с некоторой скоростью, характерной для данной среды. В случае распространения звука в газе его скорость определяется формулой Лапласа:

(1)

где P - давление газа,

---

- плотность газа, - отношение удельных теплоемкостей газа, найденных при постоянном давлении (С_P) и постоянном объеме (С_V). Как известно, плотность газа зависит от температуры:

(2)

где - плотность газа при t = 0⁰ С.

Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем формулу для расчета скорости звука в зависимости от температур:

(3)

где - скорость звука в данном газе при t = 0⁰ С.

Для воздуха при нормальных условиях скорость звука равна 331 м/с.

Расстояние, на которое распространяется звуковая волна за время, равное периоду колебания называется длиной волны.

Длина волны , скорость ее распространения , период колебаний T (или частота ) связаны следующим соотношением:

(4)

Длина волны и скорость звука экспериментально могут быть определены:

1) интерференционным методом;

2) методом стоячей волны.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ И СКОРОСТИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ.

Стоячие звуковые волны возникают в результате интерференционных встречных звуковых бегущих волн одинаковой частоты. Образование стоячей звуковой волны хорошо наблюдается в любой воздушной полости, например, в цилиндрической трубе, закрытой с одного конца. В такой трубе интерферируют прямая и отраженная волны. Расстояние между двумя соседними узлами равно половине длины волны, расстояние между узлами и ближайшей пучностью - 1/4 длины волны. Один узел волны будет на поверхности поршня трубы, а на открытом конце трубы будет пучность стоячей волны. Величина скорости распространения колебаний в среде равна произведению длины волны на частоту колебаний, , где - частота (написана на камертоне). Для определения скорости звука можно воспользоваться акустической трубой. При этом следует иметь в виду, что изменяя длину воздушного столба, можно добиться резонирования воздушного столба на звучание камертона или телефона. Это происходит при определенных длинах воздушного столба. Измерения показывают, наименьшая длина резонирующего столба воздуха всегда равна 1/4 длины волны данного звука. Следующие длины резонирующего столба могут быть равны 3/4, 5/4, ... ,n/4 длины волны данного звука. Это происходит потому, что воздушный столб резонирует только тогда в данной установке, когда у края трубы будет образована пучность, а на поверхности воды - узел.

---

Измерив длину резонирующего воздушного столба и установив зависимость этой длины с длиной волны, можно определить длину. Воспользовавшись уравнением (4) вычислить скорость звука в воздухе.

ЗАДАНИЕ 1. Определите скорость звука в воздухе, используя камертон "ЛЯ".

ЗАДАНИЕ 2. Проделайте то же, что и в задании 1, но уже с камертоном "РЕ".

ЗАДАНИЕ 3. По найденному значению скорости звука, определите неизвестную частоту камертона "ФА".

ЗАДАНИЕ 4. Определите скорость звука используя генератор ГЗ-39 и прибор для измерения длины звуковой волны ФП-42. Получите резонанс воздушного столба при 9-11 частотах. Рекомендуемый диапазон частот от 600 до 2000 Гц.

ЗАДАНИЕ 5. Найдите среднее значение скорости и ошибку измерений.

Вопросы для допуска

1. 
   Какие движения называются колебательными? Какие колебания называются гармоническими? Негармоническими?
   
2. 
   Дайте понятия смещения, скорости, ускорения и периода гармонических колебаний.
   
3. 
   Выведите формулы сложения гармонических колебаний; одинаковых, разных частот.
   
4. 
   Выведите формулы сложения взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.
   
5. 
   Выведите уравнение собственных, затухающих, вынужденных колебаний.
   
6. 
   Дайте понятие механического резонанса.
   
7. 
   Методика выполнения лабораторной работы.
   

Вопросы для защиты

Решение задачи на тему гармонические колебания.
Лабораторная работа № 14

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: установка для записи колебаний маятника, источник питания, секундомер, линейка.

ВВЕДЕНИЕ

Колебательным движением называют - движение системы относительно ее положения равновесия последовательно, то в одном, то в другом направлении. Колебательным может быть не только механическое движение, можно говорить о колебаниях любой физической величины, если эта величина периодически изменяется в противоположных направлениях от какого-то своего значения.

Колебательное движение - движение неравномерно переменное, ускорение системы изменяется. Поэтому надо разбить движение на такие малые величины, чтобы на протяжении каждого из них ускорение можно было считать постоянным.

Собственные колебания совершает система, выведенная из положения равновесия, и предоставленная самой себе.

Вынужденные колебания вызываются внешним воздействием, изменяющимся во времени по определенному закону.

---