Определение скорости распространения звука в воздухе
![]()
|
Определение скорости распространения звука в воздухе 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, зависящих от свойств воздуха. Газы, в отличие от твердых тел, не обладают деформацией сдвига, поэтому в них возникают только продольные волны. Продольные волны обусловлены объемной деформацией. Если сжатие происходит быстро, то выделяющееся при этом тепло не успевает распространится в соседние слои. Сжатие без отвода тепла называется адиабатическим; в этом случае скорость распространения звука рассчитывают по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Соотношение (1) может быть преобразовано с учетом уравнения состояния идеального газа: ![]() где R – газовая постоянная; Т – температура; ![]() ![]() Удобным методом измерения скорости звуковых волн является метод, основанный на измерении длины волны ![]() ![]() ![]() ![]() Стоячие звуковые волны возникают при интерференции падающей и отраженной волн. Точки, в которых амплитуда колебаний максимальна, называют пучностями стоячей волны. Точки, в которых амплитуда колебаний равна нулю, называются узлами стоячей волны. Явление резонанса наблюдается в том случае, если длина резонатора ![]() ![]() Явление резонанса четко выражено в том случае, если затухание мало. В данном случае затухание обусловлено неполным отражением волн и потерями на излучение из резонатора в окружающую среду, оно невелико, и можно считать, что период колебаний ![]() ![]() Знаменатель представляет убыль энергии за период, отсчитываемый от момента времени t. Добротность можно рассчитать также по следующей формуле: ![]() ![]() Небольшая расстройка (т.е. отклонение) частоты относительно резонансной позволяет наблюдать изменение амплитуды колебаний в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой резонатора: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Внутри трубы перемещается поршень с вмонтированным в него приемником – микрофоном М. Микрофон принимает звуковые колебания, преобразует их в электрические и передает на вход Y электронного осциллографа ЭО. На экране осциллографа возникает синусоидальный сигнал, амплитуда которого различна в зависимости от частоты колебаний и длины резонатора. При выполнении условия (1.4) наступает резонанс, при котором амплитуда наблюдаемых колебаний максимальна. Настройка на резонанс может быть осуществлена любо изменением длины воздушного столба в трубе (перемещением поршня), либо изменением частоты колебаний генератора. В работе используется первый способ. Обработка результатов наблюдений
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]() 3 ![]() Следовательно, результат – не промах
![]() ![]() ![]() ![]()
![]() ![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() Вывод: в ходе работы была определена скорость распространения звуковых колебаний в воздухе при данной температуре методом стоячих волн. Экспериментально полученное значение скорости меньше теоретически рассчитанного значения в силу «не чистоты» опыта, а также в силу того, что молярная масса воздуха отлична от стандартного значения (содержатся примеси). |