Контрольные вопросы

1. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости?

2. Объясните физическую сущность возникновения коэффициента внутреннего трения, при каких условиях оно возникает и от чего зависит?

3. Выведите формулу для расчета коэффициента внутреннего трения и объясните физический смысл величин, входящих в нее.

4. В каких единицах измеряется динамический коэффициент вязкости в СИ и СГС?

5. Объясните физический смысл числа Рейнольдса.

6. Влияет ли на результаты опыта диаметр цилиндра, в котором производятся измерения?

7. За счет чего возникают систематические и случайные погрешности в данной работе?

8. Объясните физический смысл градиента скорости.

9. Опишите ламинарное и турбулентное течения. При каких условиях они возникают?

10. Как зависит динамический коэффициент вязкости жидкости и газа от температуры?

Лабораторная работа № 9 определение скорости звука в воздухе и собственных частот воздушного столба

Цель работы:экспериментально определить скорость звука в воздухе методом резонанса и найти собственные частоты колебаний воздушного столба.

Приборы и принадлежности:экспериментальная установка, генератор сигналов ГЗ-112.

Краткая теория

Звуковые волны представляют собой продольные механические волны. Они испускаются источником звука (колеблющимся телом) и распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний давления (волн давления).

Поперечные волны могут возникать только в такой среде, которая обладает упругостью формы, т.е. способна сопротивляться деформации сдвига. Этим свойством обладают лишь твердые тела.

Собственно звуком называют волны, частоты которых лежат в пределах восприятия человеческим слухом (16 – 20000 Гц). Волны, частоты которых не попадают в эти пределы, не вызывают ощущения звука. Волны с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, выше 20000 Гц – ультразвуком.

Звуковые волны характеризуются частотой , длиной волныи скоростью распространения С. Между собой они связаны соотношением

. (1)

Формула справедлива для всех волн, в том числе и немеханических (электромагнитных).

Для определения скорости звука в большинстве случаев измеряют частоту звука и соответствующую длину волны. Для измерения длины волны можно воспользоваться явлением акустического резонанса. Пусть имеется труба, закрытая с одного конца. Если к отверстию поднести источник звука, то в столбе воздуха, находящегося в трубе, возникнут вынужденные колебания с частотой, создаваемой источником звука. Явление резонанса будет возникать всякий раз, когда частота вынужденных колебаний будет совпадать с собственной частотой воздушного столба. Собственная же частота воздушного столба определяется его длиной и скоростью распространения звука в воздухе. Расчеты показывают, что собственная частота воздушного столба может быть определена по формуле:

, (2)

где n = 1, 3, 5... (нечетное число четвертей волн), L – длина воздушного столба, R – радиус воздушного столба, т.е. радиус трубы, в которой находится столб воздуха. Если радиус воздушного столба мал по сравнению с его длиной, то

. (3)

В случае резонанса на длине воздушного столба или, точнее, на длине укладывается нечетное число четвертей волн:

. (4)

При заданном значении частоты звуковых колебаний явление резонанса наблюдается при плавном изменении длины воздушного столба всякий раз, когда выполняется равенство (4). Наименьшая разность длин воздушных столбов, при которых наблюдается явление резонанса, равна половине длины волны. Именно это свойство используется для измерения длины звуковой волны.