Файл: Определение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе методом резонанса.docx

ние точки удвоится. Таким образом за полный период точка А совершила колеба- ние с удвоенной амплитудой.

Рассмотрим движение точки В. При t = 0, колебания создаваемые прямой и отраженной волной в этой точке создают смещения, направленные в противопо- ложные стороны. Так как их амплитуды равны, итоговое результирующее смеще- ние равно нулю и она остается в положении равновесия. При t=4/T и 3/4T обе волны оставляют точку в положении равновесия . При t=T/2 обе волны смещают точку В в противоположных направлениях и, в результате, она вновь остается в положении равновесия.

Таким образом за полный период колебания точка В остается в положении равновесия. Точки, аналогичные точке В с амплитудой колебания равной нулю, будут располагаться на луче через расстояние равное /2. Такие точки называются узлами. Точки, находящиеся между узлами (аналогичные точке А), будут совер- шать результирующее колебание с удвоенной амплитудой (см.рис.4). Такие точки называются пучностями. Они так же будут повторяться через /2. Расстояние ме- жду узлом и пучностью равно /4.

На рис.4 видно, что узлы и пучности не перемещаются вдоль луча. Это про- исходит потому, что разность фаз двух колебаний в пучностях и узлах (как и во всех других точках) не меняется со временем. Она зависит только от положения точки на луче. В результате распределение смещений точек относительно их по- ложений равновесия в любой момент времени образует волну, которая не переме- щается в пространстве. Такая волна называется стоячей волной. Расстояние между соседними узлами (или пучностями), как хорошо видно на рис.4, равно половине длины волны.

2. Определение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе методом акустического резонанса.

Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Вол- ны указанных частот, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают ощу-

---

щение звука. Волны с   16 Гц (инфразвуковые) и   20 кГц (ультразвуковые) органами слуха человека не воспринимаются.

1. 
   Описание экспериментальной установки.
   

7




Рис. 5. Экспериментальная установка.
На звуковых волнах легко могут быть обнаружены характерные явления интерференции. Простейший опыт по интерференции звука осуществляется с по- мощью экспериментальной установки, состоящей из следующих частей (см.рис.5):

1. 
   Звуковой генератор 3Г.
   
2. 
   Телефон Т.
   
3. 
   Стеклянная трубка О с подвижным поршнем П.
   
4. 
   Измерительная линейка Л.
   

В стеклянной трубке звуковые волны, создаваемые телефоном, распростра- няются вдоль трубки и отражаются от поршня. Если расстояние от телефона до поршня кратно /2, то в трубке возникает стоячая звуковая волна. Причем у от- крытого конца трубки будет пучность волны и наблюдается резкое усиление звука, а у поршня всегда будет узел.

Если, двигая поршень, менять длину трубки, то мы будем наблюдать перио- дическое усиление и ослабление звука (такое явление называют акустическим ре- зонансом). Расстояние, на которое смещается поршень между двумя последова- тельными усилениями или ослаблениями звука, будет равно /2.

Звуковой генератор (3Г).

Этот прибор может издавать электромагнитные колебания частотой от 20 до 20000 Гц., т.е. звуковой частоты. Если на выходе генератора укрепить телефон, то телефон преобразует электромагнитные колебания в механические той же час-

---

тоты (т.е. “ превращает ” в звук). Получаемую частоту можно менять с помощью диска, укрепленного на передней панели генератора.

На лицевую панель генератора (рис.6) выведены тумблер включения генера- тора в сеть; сигнальная лампочка Ф; переключатель поддиапазонов ПД на три фик- сированных положения, отмеченных “х1”, “х10”, ”х100”; диск РШ с неравномер- ной шкалой деления (от 20 до 200) ; указатель шкалы У; ручка переменного рези- стора, позволяющая менять амплитуду выходного сигнала; выходные зажимы, рассчитанные на подключение цепей с разным сопротивлением (5, 600, 5000 Ом); также закреплены скобы Ск для предохранения органов управления от поврежде-

8

ния. Прибор закрыт металлическим кожухом К, на котором смонтирована ручка Р

для переноски прибора. С тыльной стороны имеется панель для предохранителей и сетевого шнура.

Перед началом работы:

• 
  Ручку “Усиление” устанавливают в крайнее левое положение поворотом против часовой стрелки;
  
• 
  Телефон подключают к зажимам “Общ.” и ”600 Ом”, т.е. выбирают такие выходные зажимы генератора, чтобы сопротивление между ними было близким к сопротивлению подключаемого телефона;
  
• 
  Устанавливают нужную частоту. Если для опытов необходимы частоты 20- 200 Гц., то переключатель ПД устанавливают в положение “х1”, если 200-2000 Гц
  

– в положение “х10”, а для частот 2000-20000 Гц. используют положение “х100”.

Плавную регулировку частоты осуществляют поворотом диска РШ.

- Включение прибора в сеть осуществляют установкой тумблера в положе- ние “Вкл.”.

- Амплитуду выходного сигнала увеличивают до необходимого значения поворо- том ручки “Усиление” по часовой стрелке.

Рис. 6. Звуковой

---

генератор.

2.2. Порядок выполнения работы

1. 
   Перед тем, как приступить к работе, необходимо ознакомиться с эксперимен- тальной установкой и получить разрешение преподавателя на выполнение работы.
   
2. 
   Включите генератор в сеть и переключите тумблер “сеть” на панели 3Г в поло- жение “Вкл.” (при этом загорится сигнальная лампочка).
   
3. 
   Спустя 2-3 мин., переключая соответствующий диапазон и вращая диск, устано- вите указатель частоты на цифру, указанную преподавателем. Запишите эту часто- ту в таблицу.
   

9

Целесообразно сразу подсчитать погрешность определения частоты . Если вы

точно совместили деления по шкале, то погрешность прибора по частоте не пре- вышает  =  ( 0,1 + 1 ) Гц.

Например, при  = 2600 Гц,  =  ( 0,1 х 2600 + 1 ) =  261 Гц. Запишите полученную погрешность  в таблицу.

4. 
   Установите в стеклянной трубке поршень рядом с телефоном.
   
5. 
   Вращая ручку регулятора “Усиление”, установите силу звука такой , чтобы сиг- нал был едва слышен.
   
6. 
   Медленно и равномерно отодвигайте поршень от телефона до тех пор, пока не произойдет резкое усиление звука. При этом необходимо отметить мелом на стек- лянной трубке положение поршня. Двигая поршень дальше, произойдет еще одно усиление звука и мы отмечаем следующее положение поршня. Проводя измерения по всей длине стеклянной трубки, мы получим ряд точек, соответствующих пучно- стям звуковой волны.
   
7. 
   Чтобы узнать среднее расстояние lмежду ближайшими точками, необходимо измерить линейкой расстояние S между крайними точками и разделить его на
   

---

---