Описание установки
Общий вид установки показан на рис. 2. На конце металлической трубы 1 жестко закреплен микрофон 2. Вдоль трубы при помощи стержня 3 мо-
жет свободно перемещаться электродинамический громкоговоритель 4. От генератора электрические колебания звуковой частоты подаются на динамик. Динамик возбуждает колебания воздуха определенной частоты.
Звуковая волна, дойдя до микрофона, отражается от него (как от стенки). Сигнал от микрофона подается на осциллограф 6 для визуального наблюдения амплитуды звуковых колебаний воздушного столба в трубе.
Если с помощью генератора волн
предельной частоты возбудить колебания
воздуха в трубе, то при совпадении
частоты генератора с одной из собственных
частот воздушного столба наступает
резонанс - в трубе установится стоячая
волна. Это обнаруживается по увеличению
громкости звука и максимальной амплитуде
сигнала на экране осциллографа. Поскольку
на закрытых концах трубы образуются
узлы, а расстояние между соседними
узлами равно
(рис. 1), то усиление звука будет возникать
всякий раз, как длина воздушного столба
изменится на
.
Следовательно, если при изменении столба
воздуха на величину
наблюдалось n
усилений звука,
то
,
откуда
.
(2)
Скорость звука
.
Тогда, с учетом (3), получим конечную
формулу для расчета скорости звука
.
(3)
Измерив в ходе опыта расстояния l1 и l2 при помощи линейки, закрепленной на трубе, и зная частоту n звукового генератора, по формуле (4) можно найти скорость звука в воздухе.
Порядок выполнения работы
1. Подключить динамик к генератору электрических колебаний звуковой частоты, а микрофон - к осциллографу. Включить генератор и осциллограф в сеть. Частоту генератора задавать примерно 2 - 4 кГц.
2. При помощи стержня приблизить динамик вплотную к микрофону.
3. Медленно выдвигая стержень, по шкале, имеющейся на трубе, замерить длину воздушного столба l1, соответствующую какому-либо максимуму звучания и максимальному значению амплитуды сигнала на экране осциллографа. Этот максимум принять за нулевой.
Увеличивая далее расстояние между динамиком и микрофоном, считая последующие максимумы, взять отсчет длинны столба для некоторого n-го максимума (n брать порядка 4 - 6). Опыт повторить пять раз. Результаты записать в табл. 1
Таблица 1
|
Опыт i |
l1i, м |
l2i, м |
ni |
li, м |
ui, м/с |
ν, Гц |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
4. По формуле (3) вычислить длину волны, а по (4) - скорость звука в воздухе. Найти среднее значение скорости <u>.