Експериментальна установка. Для вивчення хвильових процесів складається установка, яка показана на рис

Для вивчення хвильових процесів складається установка, яка показана на рис. 4.11.

 

Рис. 4.11

 

Стандартний генератор Г3 – 33 є джерелом синусоїдальної напруги, частота якої може змінюватись в діапазоні . З виходу генератора напруга подається на динамік. Мембрана динаміка почне коливатися з частотою, яку задає генератор і, таким чином, створюється плоска біжуча звукова хвиля певної частоти. Хвиля поширюється в замкнуте середовище – металеву трубу. В середині труби знаходиться поршень, який можна переміщувати, змінюючи відстань між мембраною і поршнем. Після відбиття від поршня в замкнутому стовпі повітря в трубі будуть поширюватися дві когерентні зустрічні хвилі, тобто створюються умови для виникнення стоячої хвилі.

Слід розуміти, що стояча хвиля утворюється не при довільному положенні поршня, а тільки при певних його положеннях. Безумовно, це залежить від частоти коливань, тобто від довжини біжучої хвилі. Вузол стоячої хвилі повинен знаходитись біля поршня (у цьому місті частинки повітря не коливаються), а пучність біля мембрани, де амплітуда коливань максимальна Це означає, що для виникнення стоячої хвилі, довжина стовпа повітря між мембраною та поршнем повинна бути узгоджена з довжиною біжучої хвилі.

Переміщенням поршня можна підібрати необхідну довжину стовпа повітря в трубі, при якій утворюється стояча хвиля. В момент виникнення стоячої хвилі відчувається різке підсилення гучності звучання, тому що амплітуда стоячої хвилі вдвічі більша за амплітуду біжучої хвилі.

На рис. 4.12 схематично показано утворення стоячої хвилі у просторі між мембраною і поршнем. Показані послідовні положення поршня, коли виникає стояча хвиля та спостерігається резонансне підсилення звуку.

Рис. 4.12

 

Довжина стовпа повітря при появі першого резонансного підсилення звуку , другого , третього ,…, m –го .

Якщо довжина хвилі , що поширюється у трубі не відома, то можна знайти її наступним чином. Переміщуючи поршень праворуч від мембрани, знаходимо послідовно відстані , , ,…, , при яких виникає зростання гучності. Тоді довжина біжучої хвилі може бути обчислена за результатами вимірювання:

, або ,…, тобто за формулою .

Для більшої точності у формулу вводиться поправка, що враховує величину внутрішнього діаметра труби :

.

 

Завдання роботи

1. Визначити довжину біжучої хвилі у повітрі в замкнутому середовищі. Визначити швидкість біжучої хвилі. Визначити теоретичне значення швидкості біжучої хвилі у повітрі.

 

Виконання роботи

 

Прилади і матеріали: 1. Звуковий генератор ГЗ - 33. 2. Металева труба з поршнем і динаміком. 3. Масштабна лінійка. 4. Штангенциркуль. 5. Термометр.