Результаты

Часть I

№	L, усл. ед.	А, см

Часть II

n= 20, A_max= , .

	t, с	T,с
Маятник-вибратор
Маятник-резонатор

Лабораторная работа № 12м определение скорости звука в воздухе

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Волнами называются распространяющиеся в упругой среде слабые возмущения.

Волны бывают:

1. По природе: а) механические; б) электромагнитные.

2. По характеру колебаний частиц в волне:

а) поперечные – волны, в которых направление колебания частиц перпендикулярно направлению распространения волны;

б) продольные – волны, в которых направление колебания частиц совпадает с направлением распространения волны.

3. По виду волновой поверхности (под волновой поверхностью понимают геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе):

а) плоские; б) сферические.

4. По частоте:

а) звуковые (или звук) - волны, частота которых лежит в пределах слышимости человеческого уха (от 20 Гц до 20 кГц).

б) инфразвуковые – волны, частота которых меньше 20 Гц.

в) ультразвуковые – волны, частота которых больше 20 кГц.

Скорость звука u определяется в виде:

, (1)

где Е – модуль упругости среды, - плотность среды. В воздухе, который при нормальных условиях можно считать идеальным газом, скорость звука равна:

, (2)

где R - газовая постоянная ( Дж/мольК), Т – температура воздуха, m - молярная масса (для воздуха μ = 0.029 кг /моль) и g - показатель Пуассона (для воздуха ).

Важной характеристикой волны является длина волны l - расстояние между двумя ближайшими точками волны, колеблющимися в одинаковой фазе:

, (3)

где Т – период волны, n= 1/Т - частота колебаний (звука). Математическое выражение, описывающее распространение плоской волны, имеет вид:

, (4)

где x - отклонение частицы волны в некоторой точке от положения равновесия, А - амплитуда волны, - волновое число, w - циклическая частота колебаний, - расстояние от источника колебаний до данной точки среды.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Определение скорости звука осуществляется с помощью прибора, состоящего из стеклянной трубки 1 и поршня 2 (рис. 1). Рядом с трубой размещена шкала 3, по которой определяют положение поршня.

Источником звука служит электродинамический излучатель 4, подключенный к звуковому генератору. От излучателя 4 в положительном направлении оси х распространяется звуковая волна, описываемая уравнением (4). Волна, дойдя до поршня и отразившись от него, распространяется в обратном нaпpaвлении. При этом в трубе oбpaзуется стоячая волна. Перемещая поршень 2 по трубе 1, находят такое положение , при котором звук будет максимально сильным. Положение поршня отсчитывают по шкале 3. При смещении поршня от положения (максимума громкости звука) звук ослабевает, затем снова усиливается до максимума в положении. Поршень перемещается при этом на расстояние, равное половине длины волны: .

Измерив частоту колебаний генератора 5 и длину полуволны, как расстояние между двумя последовательными максимумами звука, можно вычислить скорость звука по формуле:

(5)

ЗАДАНИЕ

1. На данной частоте в пределах от 1000 Гц до 2000 Гц, заданной преподавателем, установить поршень в положение максимума звука при ближайшем расстоянии от излучателя звука. Значение занести в таблицу.

2. Перемещая поршень далее, проделать то же самое для более удаленных положений поршня x₂, x₃, x₄, соответствующих максимумам громкости звука.

3. Определить среднее значение по формуле:

.

и занести в таблицу.

4. Вычислить скорость звука по формуле (5) и записать в таблицу.

5. Повторить измерения еще для двух частот.

6. Провести обработку полученных результатов. Сравнить полученное значение скорости звука с его теоретическим значением.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

№	n, Гц	, см	, см	, см	, см	ср, см	, м	u, м/с

Средний результат: .

Абсолютная погрешность результата: и серии измерений:

.

Относительная погрешность серии измерений:.

Окончательный результат: м/с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16м