Далее: 3.  Контрольные вопросы Вверх: 2.  Выполнение работы Назад: 1.  Задание 1.

2.  Задание 2.

Определение скорости звука в металлическом стержне методом Кундта.

Экспериментальная установка состоит из горизонтальной трубки $A$, один конец которой закрыт пробкой, и генератора электромагнитных колебаний, представляющего собой УНЧ с положительной обратной связью через латунный стержень $B$. Стержень входит концом, имеющим небольшую пластину $D$, внутрь трубки $A$. Стержень закреплен посередине при помощи зажима $C$.

Рис. 2.2 

Если возбудить в стержне упругие продольные волны, то распространяясь вдоль стержня и отражаясь от его концов, они образуют в стержне стоячую звуковую волну. Возникает звучание стержня, соответствующее его основному тону. В соответствии с вышесказанным длина волны в стержне $\lambda_1$ будет равна $2L$, где $L$ -- длина стержня:

$$\lambda_1=2L\,.$$ (8)

Колебания стержня передаются столбу воздуха в трубке, и, если его длина, изменяемая с помощью поршня $\varepsilon$, будет равна целому числу полуволн, в трубке образуются устойчивые стоячие волны. При это слышен характерный резонирующий звук. Длина одной фигуры, ограниченная соседними узлами, равна половине длины волны в воздухе $\lambda_2$. Измерив длину нескольких фигур, равную длине воздушного столба $S$, и число их $m$, можно найти длину одной фигуры $\frac{S}{m}$, а затем длину волны в воздухе:

$$\lambda_2=2\frac{S}{m}\,.$$ (9)

Скорость звука в воздухе:

$$v_2=\lambda_2\nu\,.$$ (10)

Искомая скорость звука в стержне:

$$v_1=\lambda_1\nu$$ (11)

Так как частота звуковых колебаний в стержне и воздухе одинакова, разделив уравнение (10) на (11) и использовав выражения (8) и (9), получим расчетную формулу в этом задании:

$$v_1=\frac{mL}{S}v_2\,.$$ (12)

Рекомендуется следующий порядок выполнения задания:

1. Собрать установку, при этом диски на торцах стержня не должны касаться электромагнита. Включить генератор электромагнитных колебаний. Ввести подвижный стержень с диском $\varepsilon$ в трубку.
2. Перемещая диск $\varepsilon$ внутри трубки $A$, добиться усиления звука и измерить длину воздушного столба $S_1$, соответствующего целому числу фигур $m_1$.
3. Повторить опыт в противоположном направлении перемещения диска $\varepsilon$ по трубке. Измерить длину $S_2$, число фигур $m_2$, занести результаты в таблицу и т.д.
4. Еще раз проверить опыт, изменив длину $S$ так, чтобы снова получилась отчетливая картина.
5. Сделать расчеты, приняв в формуле (12) скорость звука в воздухе $v_2$, равной числу, полученному в п.4 задания 1.

   

   
   

6. Сравнить полученное среднее значение скорости звука в стержне с теорией из выражения (3). Модуль Юнга и плотность взять из справочника для данного материала стержня.

Далее: 3.  Контрольные вопросы Вверх: 2.  Выполнение работы Назад: 1.  Задание 1.