Теорія стоячих хвиль описана в лабораторній роботі № 13 та [3], [4].

Опис лабораторної установки

 

Схема установки представлена на рис. 14.2. Установка складається із звукового генератора І, приладу ІІ з тримачем стержня і двома електромагнітами для збудження і приймання повздовжніх коливань і катодного осцилографа ІІІ. Досліджуваний стрижень 1 закріплюється затискачем 2 на своїй середині так, щоб його нижній і верхній кінці були розташовані навпроти полюсів генератора звукових коливань 3 і приймача 3′. Для посилення збудження повздовжніх коливань джерело збудження і приймач необхідно розташувати ближче до кінців стержня, що досягається за допомогою мікрогвинтів, жорстко пов'язаних з електромагнітами. Змінна електрична напруга від генератора підводиться до котушки збудження. В результаті на нижній кінець стержня буде діяти періодична сила з частотою, що дорівнює частоті генератора, і у феромагнітному стержні будуть виникати подовжні хвилі.

 

 

Якщо стержень зроблений з немагнітного матеріалу, то для збудження подовжніх хвиль до його кінців приклеюють тонкі пластинки з м'якого заліза.

Верхній електромагніт – приймач 3' – являється перетворювачем звукових коливань в електричні. Його котушка приєднується до клем “вхід вертикального підсилювача” катодного осцилографа. Підсилені електричні коливання, що поступають від приймача, і спостерігаються на екрані осцилографа. Поступово змінюючи частоту коливань напруги, можна добитися резонансу, тобто співпадання частоти вказаних коливань з однією з частот власних коливань стержня.

 

Хід роботи.

1. Включивши вимірювальний блок і осцилограф, дають приладам прогрітися на протязі 5 хвилин.

2. Включіть на вимірювальному блоці живлення і згідно умов виконання лабораторної роботи необхідний діапазон „МЕТТАЛ”.

3. Встановіть за допомогою щупа зазори між електромагнітом і стержнем близько 0,1 мм.

4. Регулюючи величину зазору і змінюючи частоту генератора, добийтесь явища резонансу, про свідчить зростання сигналу з приймача на екрані осцилографа в 2-4 рази, при цьому фіксуючи частоту.

5. Отримані результати вимірювання занести в таблицю.

6. За формулою (10) та (11) розрахувати значення швидкості звуку та модуля Юнга для різних твердих тіл.

7. Вказані вимірювання провести із стержнями виготовлених з різних матеріалів (алюміній, сталь, латунь).

8. Виконати обчислення похибок вимірювань швидкості та модуля Юнга () для кожного із дослідів.

9. Порівняти результати вимірювань із табличними даними.

10. Встановити, як залежить швидкість звукових хвиль від частоти, за результатами роботи зробити висновки.

№ п/п

ν, Гц

Δ ν, Гц

L, м

Δ L, м

с, м/с

Δ с, м/с

Е, Па

ΔЕ, Па

Етаб, Па

ρ кг/м3

Δρ кг/м3

ε, %

Алюміній

сер. зн.

Сталь

сер. зн.

Латунь

сер. зн.

Табл.1

Контрольні питання.

1. Поширення короткочасного імпульсу у пружному середовищі. Поздовжні та поперечні хвилі. Звукова хвиля.

2. Рівняння плоскої біжучої гармонічної хвилі.

3. Довжина хвилі та швидкість її поширення. Фазова швидкість. Швидкість поширення звуку ті її залежність від густини середовища, температури.

4. Інтерференція хвиль. Умова максимумів та мінімумів.

5. Стояча хвиля. Рівняння стоячої хвилі. Довжина стоячої хвилі.

6. Методика визначення швидкості поширення звуку методом резонансу.

7. Принцип побудови та дії установки для визначення швидкості поширення звуку у твердих тілах.

8. Як розрахувати модуль Юнга матеріалу стержня за відомою величиною швидкості поширення в нім повздовжніх хвиль?

 

Література.

1. Н.Н. Майсова. Практикум по курсу общей физики. - К.: Вища школа, 1970. - С. 104.

2. В.П. Дущенко та ін. Фізичний практикум. ч. 1. - К.: Радянська школа, 1980. - С. 161-165.

3. С.Е. Хайкін. Фізичні основи механіки. - К.: Радянська школа, 1996. - С. 667-698, 709.

4. Архангельський М.М. Курс физики. Механика. - М.: Просвещение, 1965. - С. 329-434.