Лабораторная работа № 117(2)

Определение длины волны и скорости звука в воздухе методом резонанса

Цель работы — изучить явление звукового резонанса и уметь определять длину волны и скорость звука в воздухе.

 

Описание установки и вывод расчетной формулы

(1.35)

При интерференции падающей и отраженной звуковых волн образуется стоячая волна:

где  — волновое число.

Амплитуда колебаний стоячей волны зависит от координаты точки .

При  амплитуда стоячей волны обращается в ноль. Это узел волны.

При  происходит резкое возрастание звука, или звуковой резонанс. Это пучность волны.

Лабораторная установка — это трубка водяного органа, у открытого конца которой расположен камертон с частотой   Гц. Нижний конец соединен с подвижным резервуаром с водой. Перемещая резервуар по вертикальной рейке, можно изменять высоту столба воздуха над поверхностью воды и добиваться резонансного звучания камертона. Параметры установки подобраны таким образом, что на практике удается настроиться на два первых резонанса.

По линейке отмечаем положение максимумов звучания  и  а затем по формуле  определяем длину звуковой волны.

Для скорости звука теперь получаем  и для скорости звука при  имеем формулу для вычисления теоретического значения:

(1.36)

где взять 293 К

  Дж/моль К;

  кг/моль;

 — коэффициент Пуассона.

 

Порядок выполнения работы

1. Установить резервуар с водой в верхнее положение и легким уда ром по камертону вызвать его звучание.

2. Опустить резервуар с водой в нижнее положение и отметить высотное положение уровня воды в трубке, при котором будут наблюдаться звуковые резонансы.

3. Дождаться прохождения всех максимумов звучания и переместить резервуар с водой в верхнее положение. Снова отметить положение резонансов.

4. Провести испытания три раза и результаты занести в табл. 1.15.

Табл. 1.15.

 

№	Вверх	Вниз	Вверх	Вниз
1	56	16	57	17
2	56,5	17	56	16
3	57	16,5	56,5	17

 

5. По формулам определить длину волны λ и скорость звука υ_т в воздухе.

6. Определить скорость звука υ_т при

7. Определить среднее значение  и погрешность  по методу Стьюдента.

8. Записать ответ  м/с и сравнить с

 

Контрольные вопросы

1. Какова цель лабораторной работы?

2. Обоснуйте используемый способ измерения физической величины.

3. Выведите расчетные формулы.

4. Как определить погрешность измеряемой величины?

5. Как образуются стоячие волны?

6. В чем состоит явление звукового резонанса, когда оно наблюдается?

7. Почему у поверхности воды всегда наблюдается узел стоячей волны?

8. В чем состоит отличие между стоячими и бегущими волнами?

9. Могут ли распространяться волны поперечных колебаний в твердом теле, жидкости или газе и почему?

10. Почему процесс распространения звуковых стоячих волн можно считать адиабатическим?

11. Каким образом результаты опытов доказывают, что процесс распространения звуковой волны является адиабатическим?