Лабораторная работа. Измерение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе методом резонанса

Про матеріал

Звук- это механические колебания с определённой энергией и частотой, которые распространяются в среде и воспринимаются органом слуха. В этой работе рассматривается случай сложения звуковых колебаний, которые распространяются навстречу одно другому. Бегущая волна, встречая более плотную среду (материал, из которого сделан поршень), во время отражения изменяет фазу на противоположную и, возвращаясь, накладывается на падающую волну. Вследствие этого образовывается стоячая волна, которая не изменяет своего положения в пространстве. Каждая точка стоячей волны колеблется с определённой амплитудой. Те точки волны, которые коле баются с максимальной амплитудой, называются пучностями, а те, у которых амплитуда колебаний равняется нулю, - узлами. Расстояние между соседними узлами и соседними пучностями остаётся неизменным и равняется половине длины волны. Стоячие волны образовываются при колебании струн, закрепленных на концах. Если колебания возникают под действием внешней периодической силы, то амплитуда их (амплитуда стоячей волны в пучности), достигает максимума, если в длине колебательного столба воздуха помещается непарное число четвертей длин волн.

Материал может быть использован для физического практикума.

Перегляд файлу

Èçìåðåíèå äëèíû çâóêîâîé âîëíû è ñêîðîñòè çâóêà â âîçäóõå ìåòîäîì ðåçîíàíñà.

Ïîâòîðèòå:" ôèçèêà-11"

Çâóê- ýòî ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñ îïðåäåë¸ííîé ýíåðãèåé è ÷àñòîòîé, êîòîðûå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â ñðåäå è âîñïðèíèìàþòñÿ îðãàíîì ñëóõà. Â ýòîé ðàáîòå ðàññìàòðèâàåòñÿ ñëó÷àé ñëîæåíèÿ çâóêîâûõ êîëåáàíèé, êîòîðûå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ íàâñòðå÷ó îäíî äðóãîìó. Áåãóùàÿ âîëíà, âñòðå÷àÿ áîëåå ïëîòíóþ ñðåäó (ìàòåðèàë, èç êîòîðîãî ñäåëàí ïîðøåíü), âî âðåìÿ îòðàæåíèÿ èçìåíÿåò ôàçó íà ïðîòèâîïîëîæíóþ è, âîçâðàùàÿñü, íàêëàäûâàåòñÿ íà ïàäàþùóþ âîëíó. Âñëåäñòâèå ýòîãî îáðàçîâûâàåòñÿ ñòîÿ÷àÿ âîëíà, êîòîðàÿ íå èçìåíÿåò ñâîåãî ïîëîæåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå. Êàæäàÿ òî÷êà ñòîÿ÷åé âîëíû êîëåáëåòñÿ ñ îïðåäåë¸ííîé àìïëèòóäîé. Òå òî÷êè âîëíû, êîòîðûå êîëå áàþòñÿ ñ ìàêñèìàëüíîé àìïëèòóäîé, íàçûâàþòñÿ ïó÷íîñòÿìè, à òå, ó êîòîðûõ àìïëèòóäà êîëåáàíèé ðàâíÿåòñÿ íóëþ, - óçëàìè. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîñåäíèìè óçëàìè è ñîñåäíèìè ïó÷íîñòÿìè îñòà¸òñÿ íåèçìåííûì è ðàâíÿåòñÿ ïîëîâèíå äëèíû âîëíû. Ñòîÿ÷èå âîëíû îáðàçîâûâàþòñÿ ïðè êîëåáàíèè ñòðóí, çàêðåïëåííûõ íà êîíöàõ. Åñëè êîëåáàíèÿ âîçíèêàþò ïîä äåéñòâèåì âíåøíåé ïåðèîäè÷åñêîé ñèëû, òî àìïëèòóäà èõ (àìïëèòóäà ñòîÿ÷åé âîëíû â ïó÷íîñòè), äîñòèãàåò ìàêñèìóìà, åñëè â äëèíå êîëåáàòåëüíîãî ñòîëáà âîçäóõà ïîìåùàåòñÿ íåïàðíîå ÷èñëî ÷åòâåðòåé äëèí âîëí. Ïðè ýòîì ÷àñòîòà âíåøíåé ñèëû îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé

ãäå  – äëèíà âîëíû â âîçäóõå,  – ÷àñòîòà êîëåáàíèé âíåøíåé ñèëû (íàïðèìåð, êàìåðòîíà), v – ñêîðîñòü çâóêà â âîçäóõå.

Âûïîëíåíèå ðàáîòû.

Îáîðóäîâàíèå: òðóáêà ñ ïîðøíåì, äâà êàìåðòîíà: îäèí ñ èçâåñòíîé, à äðóãîé ñ íåèçâåñòíîé ÷àñòîòîé êîëåáàíèé, ðåçèíîâûé ìîëîòî÷åê, ëèíåéêà.

Ðèñ. 1

Ïðèáîð (ðèñ.1) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öèëèíäðè÷åñêóþ òðóáêó 2 è ïîðøåíü 3, êîòîðûé çàêðåïëåí íà ñòåðæíå 1. Ïîðøåíü èìååò ïðîêëàäêè èç òêàíè â âèäå øàéá, êîòîðûå ïëîòíî ïðèëåãàþò ê ñòåíêàì òðóáêè. Åñëè âûñóíóòü ñòåðæåíü èç òðóáêè, òî âìåñòå ñ íèì ïåðåìåùàåòñÿ è ïîðøåíü. Âñëåäñòâèå ÷åãî ìîæíî ïîëó÷èòü ñòîëá âîçäóõà ëþáîé äëèíû (â ïðåäåëàõ äëèíû òðóáêè). Òðóáêà çàêðåïëåíà íà ïîäñòàâêàõ.

1. Îçíàêîìèòüñÿ ñ ïðèáîðîì, êîòîðûé èñïîëüçóþòñÿ â ðàáîòå.

2. Ïðèâåñòè â çâó÷àíèå êàìåðòîí, ïîäíåñòè åãî ê îòêðûòîìó êîíöó òðóáêè. Êàìåðòîí ïðè ýòîì ñëåäóåò ðàçìåñòèòü îêîëî òðóáêè òàê, ÷òîáû êîëåáàíèÿ åãî íîæåê áûëè íàïðàâëåíû âäîëü åå îñè.

3. Ïåðåìåùàÿ ñòåðæåíü òî â îäèí, òî â äðóãîé áîê, ïðèâåñòè ïîðøåíü â òàêîå ïîëîæåíèå â òðóáêå, ÷òîáû ñòîëá âîçäóõà ðåçîíèðîâàë ñ êàìåðòîíîì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â äëèíå ñòîëáà âîçäóõà óëîæèëîñü íå÷åòíîå ÷èñëî ÷åòâåðòåé äëèí âîëí. Â òàêîì ñëó÷àå îêîëî îòêðûòîãî êîíöà òðóáêè îáðàçîâàëàñü ïó÷íîñòü. Èçìåðèòü 3-4 ðàçà ðàññòîÿíèå îò îòêðûòîãî êîíöà òðóáêè äî ïîðøíÿ l₁, ïîâòîÿÿ îïûò.

4. Ïðîäîëæàÿ âûòÿãèâàòü ïîðøåíü èç òðóáêè, íàéòè òàêîå ñëåäóþùåå ïîëîæåíèå ïîðøíÿ â íåé l₂, ïðè êîòîðîì çâóê óñèëèâàåòñÿ.

5. Èçìåðèòü ðàññòîÿíèå îò îòêðûòîãî êîíöà òðóáêè äî ïîðøíÿ.

6. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé çàïèñàòü â òàáëèöó.