Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ћеханические колебани€ и волны.




Ћабораторна€ работа є3

Ђќпределение скорости звука в воздухеї

 

÷ель работы: »спользу€ дл€ определени€ скорости звука €вление акустического резонанса воздушного столба, когда частота вынужденных колебаний будет практически совпадать с собственной частотой воздушного столба, определить скорость распространени€ звука в воздухе.

 

¬опросы теории (исходный уровень):

ћеханические колебани€: гармонические, затухающие, вынужден≠ные. –езонанс. јвтоколебани€. Ёнерги€ гармонических колебаний. –азложение колебаний в гармонический спектр. “еорема ‘урье. ѕрименение гармонического анализа дл€ обработки диагностических данных. ћеханические волны их виды и скорость распространени€. ”равнение волны. Ёнергетические характеристики волны, поток энергии волны, интенсивность (плотность потока энергии). Ёффект ƒоплера и его применение дл€ неинвазивно≠го измерени€ скорости кровотока. (Ћекци€ є3)

 

—одержание зан€ти€:

1. ¬ыполнить работу по указани€м в руководстве к данной работе.

2. ќформить отчет.

3. «ащитить работу с оценкой.

4. –ешить задачи.

«адачи

1. ƒифференциальное уравнение гармонических колебаний имеет вид: . Ќайти период и частоту этих колебаний.

2. “ело массой m = 5 кг совершает гармонические колебани€ с амплитудой ј = 4 см. Ќайти период колебаний, если максимальна€ кинетическа€ энерги€ колеблющегос€ тела к.макс = 0,98 ƒж.

3. Ћогарифмический декремент затухани€ камертона, колеблющегос€ с частотой n = 100 √ц, равен l = 0,002. „ерез какой промежуток времени амплитуда колебаний камертона уменьшитс€ в 100 раз?

4. “очка, наход€ща€с€ на рассто€нии у = 0,5 м от источника колебаний, имеет в момент t = 1/3 T смещение, равное половине амплитуды. Ќайти длину волны, если при t = 0 смещение источника равно нулю.

5. ќпределить разность фаз в пульсовой волне между двум€ точками артерии, расположенным на рассто€нии D у = 20 см друг от друга. —корость пульсовой волны считать равной u = 10 м/с, а колебаний сердца Ц гармоническими с частотой n = 1,2 √ц.

6. –азность хода звуковых волн, приход€щих в левое и правое ухо человека, составл€ет 1 см. ќпределить сдвиг фаз между обоими звуковыми ощущени€ми дл€ тона с частотой n = 1000 √ц.

 

Ћабораторна€ работа є 3

Ђќпределение скорости звука в воздухе и собственных частот воздушного столбаї

 ратка€ теори€. «вуковые волны характеризуютс€ частотой v, длиной волны λ и скоростью распространени€ с. ћежду собой они св€заны соотношением

c = vλ.

ƒл€ определени€ скорости звука в большинстве случаев изме≠р€ют частоту звука и соответствующую длину волны. ƒл€ измерени€ длины волны можно воспользоватьс€ €влением акустического резонан≠са. ѕусть имеетс€ труба, закрыта€ с одного конца. ≈сли к отверстию трубы поднести источник звука, то в столбе воздуха, наход€щегос€ в трубе, возникнут колебани€ с частотой, создаваемой источником звука. явление резонанса будет наблюдатьс€ вс€кий раз, когда час≠тота вынужденных колебаний будет практически совпадать с соб≠ственной частотой воздушного столба. —обственные же частоты ко≠лебаний воздушного столба определ€ютс€ его длиной и скоростью распространени€ звука в воздухе. “еоретические расчеты показывают, что собственные частоты воздушного столба могут быть вычис≠лены по следующей формуле:

 

(1)

 

где п = 1, 3, 5,...; L Ч длина воздушного столба; R Ч радиус воз≠душного столба, т. е. радиус трубы, в которой находитс€ столб воз≠духа. ≈сли радиус воздушного столба по сравнению с его длиной мал, т. е. R < L, то

 

–ис. 1

 

¬ случае резонанса на длине воздушного столба или, точнее, на длине L + 0,8R укладываетс€ нечетное число четвертей волн (рис. I.):

ѕри заданном значении частоты звуковых колебаний €вление резонанса наблюдаетс€ при плавном изменении длины воздушного столба вс€кий раз, когда выполн€етс€ равенство (1). Ќаименьша€ разность длин воздушных столбов, при которых наблюдаетс€ €вле≠ние резонанса, равна половине длины волны. »менно это свойство и используетс€ дл€ измерени€ длины волны звуковых колебаний.

–ис. 1.2

 

Ёкспериментальна€ установка и методика измерений. ”становка (рис. 2) состоит из стекл€нного цилиндра (трубы), соединен≠ного резиновой трубкой с резервуаром, наполненным водой. ѕод≠нима€ или опуска€ резервуар, можно мен€ть уровень воды в ци≠линдре и тем самым измен€ть длину воздушного столба. ¬ качестве источника звука используетс€ звуковой генератор cv телефоном. «вуковой генератор вырабатывает электромагнитные колебани€ звуковой частоты, которые телефоном преобразуютс€ в механичес≠кие. «вукова€ волна, идуща€ от мембраны телефона, и волна, отра≠женна€ от поверхности воды, интерферируют в столбе воздуха над водой. ≈сли высота столба воздуха така€, что в ней укладываетс€ нечетное число четвертей волн, то в нем возникают сто€чие волны с узлом на поверхности воды и с пучностью у открытого конца ци≠линдра. ¬ этот момент воздушный столб в цилиндре звучит наибо≠лее интенсивно, так как у открытого конца цилиндра лежит пучность смещений и скоростей частиц. ѕоэтому услови€ отдачи энергии в окружающее пространство в этом случае наивыгоднейшие. ѕри из≠менении уровн€ воды в цилиндре звук ослабл€етс€. ќн вновь уси≠ливаетс€ до максимума, когда уровень воды смещаетс€ на рассто€≠ние полуволны и в воздушном столбе оп€ть укладываетс€ нечетное число четвертей волн. «на€ частоту колебаний мембраны и измерив длину полуволны как рассто€ние между двум€ последовательными максимумами усилени€ звука, нетрудно вычислить скорость звука в воздухе.

«вуковой генератор вырабатывает электромагнитные колебани€, частоты которых наход€тс€ в интервале частот слышимого звука (20Ч20000 гц).

«адание и изменение частоты производитс€ ручкой, снабжен≠ной круглым лимбом, на котором нанесены делени€ от 20 до 200. ≈сли ручка, под которой стоит подпись Ђчастотаї, стоит в положе≠нии 1, то частота генерируемых колебаний равна значени€м, нане≠сенным на лимбе. ѕри постановке этой ручки в положение X 10 или X 100 значени€ частоты, указываемой на лимбе, увеличивают≠с€ соответственно в 10 или 100 раз. –егулировка громкости звука производитс€ поворотом ручки, под которой имеетс€ подпись Ђper. вых. напр.ї.

 

«адание. 1. «адайте определенную частоту звуковых колебаний в интервале 300Ч500 гц, измерьте длину волны и вычислите скорость распространени€ звука в воздухе.

 

,

где L2, L1 рассто€ни€ уровн€ воды при двух последующих резонансах звука в воздушном столбе.

 

»змерени€ повторите не менее чем дл€ трех различных частот.

 

«адание 2. Ќайдите собственные частоты колебаний воздушного столба заданной длины, измен€€ дл€ этого частоту, задаваемую генератором. —верьте полученные данные с рассчитанными по формуле:

 

 

«адание 3. Ќайдите погрешности измерени€ скорости звука в воздухе и укажите возможные их причины.

 

 онтрольные вопросы.

1.  ак измен€етс€ скорость звука в воздухе при изменении его температуры?

2. „то понимают под интенсивностью звука и от чего она зависит?

3. „ем объ€сн€етс€ Ђпотер€ полуволныї при отражении звука от воды в цилиндре установки?

4.  акие звуковые колебани€ называют основным тоном и ка≠кие называют гармоническими обертонами?

5.  аковы услови€, необходимые дл€ интерференции волн?

6. — какими волнами работали: продольными, поперечными, плоскими или сферическими?

 

 

Ћекци€ 3.

¬опросы:

ћеханические колебани€: гармонические, затухающие, вынужден≠ные. –езонанс. јвтоколебани€. Ёнерги€ гармонических колебаний. –аз≠ложение колебаний в гармонический спектр. ѕрименение гармонического анализа дл€ обработки диагностических данных. ћеханические волны, их виды и скорость распространени€. ”равнение волны. Ёнергетические ха≠рактеристики волны. Ёффект ƒоплера и его применение дл€ неинвазивно≠го измерени€ скорости кровотока.

ћеханические колебани€ и волны.

ѕовтор€ющиес€ движени€ или изменени€ состо€ни€ называют колебани€ми (переменный электрический ток, движение ма€тника, работа сердца и т. п.). ¬сем колебани€м, независимо от их природы, присущи некоторые общие закономерности. ¬ зависимости от характера взаимодействи€ колеблющейс€ системы с окружающими телами различают колебани€ свободные, вынужденные и автоколебани€.  олебани€ распростран€ютс€ в среде в виде волн. ¬ данной главе рассматриваютс€ механические колебани€ и волны.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-12-04; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 690 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

≈сть только один способ избежать критики: ничего не делайте, ничего не говорите и будьте никем. © јристотель
==> читать все изречени€...

514 - | 475 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.017 с.