3. Описание лабораторной установки

Стоячая волна создается в трубе 1, закрепленной на бруске, к которому прикреплена шкала 2. У левого конца трубы закреплен телефон 3, который подключен к звуковому генератору 4. Звуковой генератор и телефон создают звуковую волну в трубе. Внутри трубы находится поршень 5, который может перемещаться по трубе с помощью штока 6. В поршень вмонтирован микрофон 7, соединенный с осциллографом 8 для регистрации звуковой волны. Для измерения положения микрофона имеется указатель 9, который по шкале 2 показывает положение микрофона относительно левого края трубы (рис. 1).

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов

4.1. Методика эксперимента

С помощью генератора звуковых колебаний и телефона внутри трубы создается звуковая волна заданной частоты. Распространяясь по трубе, волна доходит до поршня и отражается от него. При этом внутри трубы образуется стоячая волна. Амплитуду стоячей волны с помощью микрофона можно отобразить на экране осциллографа в виде вертикальной линии. Перемещая поршень по трубе, можно добиться таких положений поршня, при которых длина линии на экране осциллографа будет наибольшей. Это будет происходить при совпадении частоты колебаний звуковой волны и частоты колебаний мембраны телефона.

Измерив координаты соседних положений поршня, указывающих на максимум амплитуды звуковой волны, по формуле можно определить длину волны. Зная частоту звука, по формуле (4) можно найти скорость звука в воздухе, а затем, преобразовав формулу (19), можно найти и постоянную адиабаты для воздуха.

4.2. Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с порядком работы с осциллографом (см. дополнение на рабочем столе).

2. Получите у лаборанта звуковой генератор и подключите его к установке. Включите генератор и осциллограф.

3. Установите поршень в крайнем правом положении.

4. Установите на генераторе частоту (значение частоты приведено на самом генераторе).

5. Перемещая поршень влево, записывайте в табл. 1 отсчеты по шкале положений поршня для тех случаев, когда на экране осциллографа длина линии будет наибольшей.

6. Дойдя до крайнего правого положения, повторите измерения п. 5, перемещая поршень вправо до первоначального положения, а затем еще раз влево до конца трубы.

7. Повторите п. 5 и п. 6 с двумя другими частотами. Результаты измерений запишите в табл. 1.

8. Измерьте температуру воздуха в лаборатории и запишите ее в табл. 1.

4.3. Обработка результатов измерений

1. Для каждой частоты звуковых колебаний рассчитайте средние значения отсчетов , при которых наблюдается резкое увеличение амплитуды сигнала на экране осциллографа.

2. Вычислите разности всех соседних значений отсчетов, равных наименьшим разностям длин воздушных столбов с максимальными амплитудами сигнала на экране осциллографа по формуле .