Теоретичні відомості

Звук – це пружні хвилі, які поширюються в повітрі або іншому пружному середовищі і мають частоти від 16 гц до 20000 гц. В повітрі звук поширюється у вигляді поздовжніх хвиль з швидкістю:

(1)

де k – модуль об’ємної пружності, ρ – густина повітря. Досліди показують, що швидкість поширення звуку не залежить від частоти, але певним чином залежить від температури (V~ ).

Довжина звукової хвилі λ, період коливань Т (або частота ν) і швидкість звуку V зв’язані між собою залежністю:

(2)

Звідси видно, що для визначення швидкості звуку V необхідно знати частоту коливань ν і довжину звукової хвилі λ. Якщо використати джерело звуку відомої частоти, то для визначення швидкості звуку необхідно знати лише довжину хвилі. Джерелом звуку в даній роботі служить гучномовець, який живиться від звукового генератора Г3–34. Частота коливань відраховується по шкалі генератора.

Для визначення довжини звукової хвилі використовується явище резонансу. Якщо перед вузькою трубкою з поршнем (рис.1) помістити джерело звуку – динамічний гучномовець, то при плавній

Г3 –34

Рис. 1

зміні довжини повітряного стовпа будуть спостерігатися періодичні зміни сили звуку. Пояснюється це тим, що в повітряному стовпі, який служив резонатором, підсилення звуку (резонанс) спостерігається лише в тому випадку, коли частота власних коливань резонаторна співпадає з частотою коливань гучномовця, звукова хвиля поширюється вздовж труби і відбивається від поршня, змінюючи при цьому фазу на протилежну. Біжуча і відбита хвилі

складаються і утворюють стоячу хвилю, причому, поблизу відкритого кінця труби, де частки рухаються найбільш вільно утворюється пучність, а біля поршня – вузол зміщень часток повітря. Неважко бачити, що таким граничним умовам задовольняють довжини хвиль λ, зв’язані з довжиною повітряного стовпа слідуючи ми співвідношеннями.

(3)

Відстань між сусідніми вузлами, або сусідніми пучностями стоячої хвилі, як видно з рис. 2, рівна половині довжини біжучої хвилі:

(4)

Рис. 2

Для визначення швидкості звуку V₀ при температурі 0⁰ С користуються формулою:

, (5)

де t – температура, V – швидкість звуку при даній температурі. Підставивши в формулу (5) значення швидкості з формули (2) і значення довжини хвилі з формули (4), одержимо:

, (6)

формула (6) є робочою формулою.

Ознайомлення з правилами користування генератором Г3 – 34 проводиться під керівництвом викладача.