- •Описание лабораторной установки:
- •Список заданий:
- •Лабораторная работа № 2 «упругий центральный удар».
- •Вопросы для допуска к работе:
- •I. Уметь отвечать на следующие вопросы:
- •II. Иметь в протоколе:
- •Краткая теория вопроса
- •Список заданий:
- •Лабораторная работа №3 «гармонические колебания».
- •Вопросы для допуска к работе:
- •Список рекомендуемой литературы:
- •Краткая теория
- •Задания
- •Вопросы для получения зачёта:
- •Краткая теория вопроса
- •Список заданий
- •Вопросы для зачета
- •Список заданий:
- •Для получения зачета необходимо:
- •1. Представить отчет по установленной форме.
- •2. Уметь:
- •3. Уметь отвечать на вопросы типа:
- •Список рекомендуемой литературы:
- •Краткая теория вопроса:
- •Список заданий:
- •Задания и указания к их выполнению:
- •Для получения зачета необходимо:
- •Лабораторная работа №10 «определение скорости распространения звуковых волн в воздухе и твердых телах»
- •Вопросы для допуска к работе
- •Литература
- •Сведения из теории
- •I. Распространение колебаний в упругой среде.
- •II. Уравнение плоской бегущей волны.
- •III. Уравнение стоячей волны.
- •IV. Резонанс звуковых колебаний.
- •Задания и указания к выполнению работы:
- •«Изучение образования стоячих волн в закрепленной струне».
- •Вопросы для допуска к работе
- •Литература
- •Краткая теория
- •Задания и указания к их выполнению:
- •Лабораторная работа № 12 «изучение законов кинематики и динамики поступательного движения на машине атвуда».
- •Описание приборов, используемых при выполнении работы:
- •Список заданий:
Лабораторная работа №10 «определение скорости распространения звуковых волн в воздухе и твердых телах»
Цель работы: Изучение закономерностей распространения колебательных процессов в упругих средах.
Вопросы для допуска к работе
-
Что представляет собой волновой процесс?
-
Чем отличается распространение волн в неограниченных и ограниченных средах.
-
Что такое стоячая волна, её длина?
-
Какими способами можно определить длину волны в среде?
-
В чём заключается смысл способа определения скорости звука в воздухе по Квинке?
-
Опишите способ определения скорости звука в воздухе методом сложения взаимно перпендикулярных колебаний.
Литература
-
Савельев И.В. Курс общей физики. - М., т.1, 1962, с. 209-235.
-
Архангельский М.М. Курс физики. Механика. – 1973, с.319 -327
-
Стрелков С.П. Механика. - М., 1965, с. 459-489.
-
Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. - М., т.III, 1962, с. 79 - 115.
Сведения из теории
I. Распространение колебаний в упругой среде.
Рассмотрим процессы, происходящие в упругой среде под действием периодической силы. Пусть источником периодической силы является колеблющееся тело. Частицы среды, непосредственно прилегающие к телу, будут также участвовать в колебательном движении. В результате упругого взаимодействия их с соседними частицами последние также начнут колебаться. Таким образом, колебания будут передаваться от одних точек к другим с конечной скоростью. Упругостью сжатия и растяжения обладают все тела: твердые, жидкие, газообразные, поэтому колебания могут распространяться в любых телах.
Процесс распространения колебаний в какой-либо среде называется волной. В результате распространения волны частицы будут совершать колебания около положения равновесия. При этом происходит передача энергии без переноса вещества.
Если колебания происходят вдоль того же направления, что и распространение энергии, то такие волны называются продольными. Если же направления колебания частиц перпендикулярны к направлению распространения энергии, то такие волны называются поперечными.
Продольные волны обусловлены деформацией сжатия и растяжения, поперечные - деформацией сдвига. В твердых телах могут распространяться как продольные, так и поперечные волны. В жидкостях и газах деформации сдвига не упруги, т.е. сдвинутые друг относительно друга слои жидкости не возвращаются в исходное состояние.
Поэтому в жидкостях и газах могут распространяться только продольные волны. Поперечные и продольные волны описываются уравнениями одного и того же вида.
II. Уравнение плоской бегущей волны.
Рассмотрим процесс распространения колебаний вдоль оси х, источником которых является точка А (рис. 1), колеблющаяся по закону: .
Соседние точки придут в колебание с той же амплитудой a и частотой , что и точка А, но с некоторым опозданием. Время начала колебания точки В, находящейся на расстоянии х от источника, отстанет от времени начала колебаний точки А на время , где v – скорость распространения волны в данной среде.
|
Рис.1 |
(2)
Уравнение (2) называется уравнением плоской бегущей волны. Таким образом, из уравнения (2) следует, что смещение произвольной точки зависит от двух переменных: расстояния х от точки до источника и времени наблюдения t.
Расстояние, на которое распространяется колебание за время, равное одному периоду, называется длиной волны . Понятно, что (3), где T – период колебаний.
Так как , то уравнение бегущей волны можно переписать в виде:
.
Из сопоставления последнего выражения с уравнением (1), видно, что колебания точки В с координатой х сдвинуто по фазе относительно колебаний в точке А на .
Определим фазу колебаний в точке С, отстоящей от точки В на расстоянии, равном длине волны . Фаза точки В равна: , тогда (4), т.е. фазы точек с координатами х и х+ совпадают. Поэтому длину волны можно определить как минимальное расстояние между двумя точками, колеблющимися в одинаковых фазах.
Так как за время Т колебательный процесс распространился на расстояние , то скорость распространения колебаний можно представить в виде:
(5),
где - частота колебаний.
На рис.2 изображены положения точек образующейся волны для пяти последовательных моментов времени через четверть периода.
|
Рис. 2 |