Для экспериментального определения скорости распространения волн согласно уравнению (21)
(26)
необходимо найти длину волны в среде, если частота колебаний источника (ν) известна. Как было показано выше, экспериментально длину волны можно легко определить, если создать в среде стоячую волну. Измеряя расстояние между двумя соседними пучностями 
, можно вычислить длину волны по формуле (25) 
. Подставляя это выражение в формулу (26), получим расчетную формулу для экспериментального определения скорости волны:
(27)
Экспериментальная установка
Рисунок 5 – Экспериментальная установка
Экспериментальная установка состоит из горизонтальной трубы (1), звукового генератора (2) и осциллографа (3). На одном конце трубы установлен телефонный капсюль (4), подключенный к звуковому генератору. При включении генератора капсюль излучает механические колебания, которые создают механическую волну, распространяющуюся в воздушном столбе трубы. При отражении волны от преграды, на другом конце трубы, в трубе происходит интерференция волн и образуется стоячая волна. Для обнаружения образующихся при этом пучностей и измерения расстояния между ними, в трубе находится микрофонный капсюль (5), который при помощи рукоятки (6) можно перемещать по трубе. Положение пучности в трубе находят по максимальной амплитуде колебания, на экране осциллографа, а ее расстояние (r) находят по горизонтальной шкале на трубе (7).
Экспериментальная часть
Задание. Определить расстояние между двумя соседними пучностями стоячей волны при частоте колебаний источника 900 и 1000 Гц. Вычислить скорость волны.
1 Подключить к электросети (220 В) звуковой генератор и осциллограф. Включить тумблер «сеть».
2 Установить ручкой «частота» на шкале звукового генератора 900 Гц.
3 Отрегулировать изображение на осциллографе ручкой «калибровка амплитуды».
4 Вращая рукоятку перемещения микрофона (5), определить положение пучности r1 по шкале (7). Пучности соответствует максимальная амплитуда колебаний на экране осциллографа. Это положение пучности определить три раза и найти r1ср.
5 Вращая рукоятку влево и вправо, найти положение соседней пучности r2 (тоже три раза и усреднить).
6 Аналогичные измерения проделать при частоте 1000 Гц.
7 По средним Δ rср определить скорость звуковой волны при каждой частоте по формуле (27).
8 Определить среднее значение скорости звуковой волны и относительную ошибку измерения.
9 Все результаты измерения занести в таблицу 4.
Таблица 4– Результаты измерений
| № | 
| r1 | r2 | Δ rср | υ | Δ υ | 
|
| Гц | см | см | м | м/с | м/с | % | |
| 1 | 900 |
|
|
|
| ||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| ср. | |||||||
| 1 | 1000 |
|
|
| |||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| ср. | ср. |
Вопросы для допуска к работе
1 Знать суть изучаемых в работе физических явлений: волны и интерференции волн.
2 Уметь объяснить идею экспериментального определения скорости волны.
3 Знать расчетную формулу для определения скорости волны.
Вопросы для зачета по работе
1 Дать понятие волны. Уравнение бегущей волны. Объяснить все символы, входящие в это уравнение. Сделать анализ уравнения.
2 Дать понятие интерференции волн. Уравнение стоячей волны и сделать его анализ. Найти rп и rу, Δ r.
Литература
Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов – 18-е изд., стерео- тип. – М.: Академия, 2010. – 560 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СЫПУЧИХ И ПОРИСТЫХ ТЕЛ
Цель работы
1 Изучить а) законы идеального газа;
б) метод определения объема сыпучих и пористых веществ.
2 Измерить плотность сыпучих и пористых веществ.
Теоретическое введение
Одной из характеристик свойств вещества является физическая величина - плотность. Она характеризует распределение вещества по её объему.
Плотность (ρ) – это величина, численно равная массе вещества единицы объема.
Если вещество однородно, т.е. его свойства во всех точках одинаковы, то плотность определяют по формуле
(28)
Если масса вещества неравномерно распределена по объему, то плотность в данной точке объема
Δm dm
ρ = lim = ,
ΔV→0 ΔV dV
где dV – объем, с одной стороны, такой малый, что свойства вещества в его пределах можно считать одинаковыми, но, с другой стороны, настолько велик, что дискретные свойства вещества (молекулярное, атомное строение) не проявляются.
При определении плотности вещества масса измеряется взвешиванием, а объем определяют различными методами в зависимости от формы и размеров вещества, фазового состояния и т.д. В случае сыпучих веществ и открыто пористых тел их объем можно определить газовым методом, используя законы идеального газа.
