лаб2. Определение скорости распространения звука в воздухе

Название	Определение скорости распространения звука в воздухе
Дата	21.12.2020
Размер	169.87 Kb.
Формат файла
Имя файла	лаб2.docx
Тип	Отчет #162662

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №8

по дисциплине «физика»

Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ

Студент гр. 0587		Демчук Д.В.
Преподаватель		Вяткин В.М.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы: определение скорости распространения звуковых колебаний в воздухе при данной температуре методом стоячих волн.
Приборы и принадлежности: установка акустического резонанса, электронный осциллограф, звуковой генератор.

Исследуемые закономерности

Звуковые колебания в газе представляют собой периодическое чередование сжатий и разрежений, распространяющихся со скоростью, зависящей от свойств воздуха. Газы, в отличие от твёрдых тел, не обладают деформацией сдвига, поэтому в них возникают только продольные волны. Продольные волны обусловлены объёмной деформацией.

Если сжатие происходит быстро, то выделяющееся при этом тепло не успевает распространиться в соседние слои. Сжатие без отвода тепла называется адиабатическим; в этом случае скорость распространения звука рассчитывают по формуле:

где

- отношение теплоёмкостей газа при изобарическом и изохорическом процессах (для воздуха

); p и

- соответственно, средние значения давления и плотности во всем объёме.

Соотношение (5.1) может быть преобразовано с учетом уравнения состояния идеального газа (

где R – газовая постоянная; Т – температура;

- молярная масса газа (для воздуха

).

Удобным методом измерения скорости звуковых волн, является метод, основанный на измерении длинны волны

стоячих звуковых волн. Если измерена

и известна частота

возбуждаемых звуковых волн, то

Стоячие звуковые волны возникают при интерференции падающей и отраженной волн. Точки, в которых амплитуда колебаний максимальна, называется пучностями стоячей волны. Точки, в которых амплитуда колебаний равна нулю, называются узлами стоячей волны.

Явление резонанса наблюдается в том случае, если длинна резонатора L_n, в котором устанавливается стоячая волна, равна целому числу полуволн

, где n=1,2,3,…

Явление резонанса резко выражено в том случае, если затухание мало. В данном случае затухание обусловлено неполным отражением волн и потерями на излучение из резонатора в окружающую среду, потому оно невелико и можно считать, что период колебаний

Характеристикой убыли энергии при затухании служит добротность системы

Знаменатель представляет убыль энергии за период, отсчитываемый от момента времени t. Добротность может быть определена также формулой

где N_e – число колебаний за время, в течении которого амплитуда колебаний уменьшается в е раз.

Небольшая расстройка частоты относительно резонансной позволяет наблюдать изменение амплитуды колебаний в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой резонатора:

где А₀ и

₀ – амплитуда и частота при резонансе,

- расстройка частоты от резонанса, при которой

.

Таблица №1

№	1	2	3	4	5
, м	0,14	0,137	0,139	0,138	0,136
, м	0,287	0,285	0,288	0,286	0,287
, м	0,435	0,429	0,433	0,431	0,435
, м	0,135	0,138	0,14	0,137	0,139
, м	0,285	0,289	0,287	0,284	0,29
, м	0,13	0,432	0,432	0,435	0,43
T, к	293	293	293	293	293	-
, Гц	1280	1640	1740	1900	2000
, м
, Гц	1000	950	900	720	550
, м