- •Федеральное агентство по образованию гоу впо
- •Кафедра физики методические указания
- •«Определение показателя адиабаты воздуха методом интерференции звуковых волн»
- •Краткая теория. Введение
- •Характеристики звука
- •Волновые процессы в газе
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
Федеральное агентство по образованию гоу впо
|
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ |
Кафедра физики методические указания
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 9-м.ф
«Определение показателя адиабаты воздуха методом интерференции звуковых волн»
-
Составили:
Самсонова Н.П.
Тимерзянова И.И.
Тюмень 2007г.
№ 9-м.ф Определение показателя адиабаты воздуха методом интерференции звуковых волн.
Цель работы: Определить отношение Cp/Cv в диапазоне температур методом интерференции звуковых волн.
Оборудование: Модуль «Резонатор», измерительная система «ИСТ-3».
Краткая теория. Введение
Упругими волнами называют механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среда колеблются в направлении распространении волны, в поперечных волнах – в плоскостях перпендикулярных направлению распространения волны.
Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16—20000 Гц.
По частоте колебаний звуковые волны классифицируют следующим образом: инфразвук (0—16 Гц), слышимый звук (16 Гц —20 кГц), ультразвук (20 кГц—103 МГц), гиперзвук (свыше 103 МГц).
Звуковые волны в газах и жидкостях могут быть только продольными, так как эта среды обладают упругостью лишь по отношению к деформациям сжатия (растяжения). В твердых телах звуковые волны могут быть как продольными, так и поперечными, так как твердые тела обладают упругостью по отношению к деформациям сжатия (растяжения) и сдвига.
Звуки подразделяют на музыкальные тона и шумы. Музыкальным тоном называют звук какой-либо определенной частоты, который создается гармонически колеблющимся телом. Шум представляет собой сложный звук, образующийся в результате длительных непериодических колебаний различных источников звука (шум моря, деревьев, толпы и т. д.)
Характеристики звука
Звуки, которые мы слышим, вызывают у нас различные ощущения. Это различие имеет субъективный характер, т. е. один и тот же звук может по-разному оцениваться различными людьми. Существуют три такие субъективные оценки звука — громкость, высота тона и тембр. Выясним, какие объективные характеристики звука соответствуют этим оценкам. Для этого необходимо с помощью микрофона преобразовать звук в электрический ток и исследовать его с помощью осциллографа.
О сциллограммы (рис. 1) показывают, что громкость звука зависит от амплитуды колебаний и, следовательно, от интенсивности звука.
Рис. 1 Осциллограммы
Единица интенсивности звука в СИ — ватт на метр в квадрате (Вт/м2).
Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, но если эта интенсивность превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевое ощущение. Таким образом, для каждой частоты колебаний существуют наименьшая (порог слышимости) и наибольшая (порог болевого ощущения) интенсивности звука, которые способны вызвать звуковое восприятие. На рис. 2 представлены зависимости порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между этими двумя кривыми, является областью слышимости.
Е
Рис. 2 Зависимости
порогов слышимости и болевого ощущения
от частоты звука.
где Iо — интенсивность звука на пороге слышимости, принимаемая для всех звуков равной 10-12 Вт/м2. Величина L называется уровнем интенсивности звука и выражается в белах (в честь изобретателя телефона Белла). Обычно пользуются единицами, в 10 раз меньшими, — децибелами (дБ).
Физиологической характеристикой звука является уровень громкости, который выражается в фонах (фон). Громкость для звука в 1000 Гц (частота стандартного чистого тона) равна 1 фон, если его уровень интенсивности равен 1 дБ. Например, шум в вагоне метро при большой скорости соответствует ≈90 фон, а шепот на расстоянии 1 м — ≈ 20 фон.
Реальный звук является наложением гармонических колебаний с большим набором частот, т. е. звук обладает акустическим спектром, который может быть сплошным (в некотором интервале присутствуют колебания всех частот) и линейчатым (присутствуют колебания отделенных друг от друга определенных частот).
Высота звука — качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. С ростом частоты высота звука увеличивается, т. е. звук становится «выше». Характер акустического спектра и распределения энергии между определенными частотами определяет своеобразие звукового ощущения, называемое тембром звука. Так, различные певцы, берущие одну и ту же ноту, имеют различный акустический спектр, т. е. их голоса имеют различный тембр.