Описание установки

Для возбуждения колебаний струны в работе используется метод резонанса. Струна приводится в движение силой, действующей на проводник с током в магнитном поле. Постоянное магнитное поле создается магнитом. На струну подается переменное напряжение от звукового генератора. Частота силы, раскачивающей струну, равна частоте колебания тока в струне, т.е. частоте генератора.

Данная работа выполняется на установках двух типов. Установка первого типа выполнена в настольном исполнении на едином основании с регулируемыми опорами и состоит из штатива, на основании которого закреплен электронный блок, над электронным блоком закреплен механизм натяжения струны. Механизм натяжения струны состоит из основания, на котором закреплен постоянный магнит и планка. Между полюсами магнита через блок протянута струна. Один конец струны крепится к клемме, а другой - к тарировочной пружине. Второй конец пружины механически связан с винтовым механизмом, предназначенным для изменения натяжения струны.

Сила натяжения струны измеряется по шкале. Весь механизм закрыт кожухом, на передней поверхности которого нанесена шкала, предназначенная для измерения длины полуволн. Для улучшения видимости колеблющейся струны применяется подсветка. Для изменения точки приложения вынуждающей силы передвигают магнит, ослабив крепящие его винты.

Установка второго типа (рис. 2) не имеет единого основания и собирается из отдельных частей. Натяжение струны осуществляется грузами в чашке, прикрепленной к одному из концов струны.

Порядок выполнения работы

1. Подключить установку к сети 220 В. Нажать кнопку "СЕТЬ".

2. Дать электронному блоку в течение 1-2 минут войти в режим.

3. Установить натяжение струны F = 0,40 Н. Для установки второго типа положить в чашечку груз m = 40 г.

4. Ручку "ВЫХОД" на лицевой панели электронного блока повернуть вправо до упора.

5. Изменяя частоту в диапазоне 15 - 40 Гц с помощью ручек "ГРУБО" и "ПЛАВНО", получить одну хорошо различимую полуволну по всей длине струны. Отсчет частоты производить при максимальной амплитуде полуволны.

6. Увеличивая частоту кратно полученной, получить колебания нескольких обертонов. Число хорошо различимых полуволн при этом должно быть не менее четырех. Для установки второго типа - не менее трех. Колебания, соответствующие основному тону и наблюдаемым обертонам, зарисовать.

Проделать эти измерения при различных натяжениях струны (не менее трех раз).

7. По экспериментально найденным частотам рассчитать

скорость распространения поперечных колебаний, применяя формулу (9).

8. Вычислить теоретическое значение скорости распространения поперечных колебаний в струне для каждой силы натяжения по формуле (14).

9. Построить графики (на одном чертеже) теоретической и экспериментальной зависимости скорости распространения колебаний в струне от .

10. Проанализировать графики и сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Чем стоячая волна отличается от бегущей?

2. В чем назначение постоянного магнита и генератора колебаний в данной работе? Какие колебания можно возбудить в струне при расположении магнита под серединой струны?

3. Как происходит отражение волн от свободного и закрепленного концов струны? В каких случаях в месте отражения получается узел, а в каких - пучность?

4. Что называется стоячей волной? Как она возникает? Что такое пучности, узлы стоячей волны? Вывести уравнение стоячей волны и координаты узлов и пучностей.

5. Начертите зависимость амплитуды стоячей волны от координаты и укажите на ней узлы и пучности.