Далее: 2.  Задание 2. Вверх: 2.  Выполнение работы Назад: 2.  Выполнение работы

1.  Задание 1.

Определение скорости звука в воздухе методом резонанса.

Рис. 2.1 

Экспериментальная установка
состоит из стеклянного цилиндра
(трубы), соединенного резиновой
трубкой с резервуаром, наполненым водой. Поднимая или опуская резервуар, можно менять уровень воды в цилиндре и тем самым изменять длину воздушного столба. Положение уровня жидкости измеряется по шкале.

В качестве источника колебаний используется камертон с частотой
колебаний $\nu=517\,Гц$.

Звуковая волна, идущая от камертона, и волна, отраженная от поверхности воды, интерферируют в столбе воздуха над водой. Если длина воздушного столба такова, что на ней укладывается нечетное число четвертей длин волн, то в ней возникают устойчивые стоячие волны с узлом на границе сред и с пучностью у открытого конца цилиндра. В этот момент воздушный столб в цилиндре звучит наиболее громко, так как у открытого конца лежат пучности смещений и скоростей частиц и условия отдачи энергии в окружающую среду наиболее выгодные.

При изменении уровня воды в цилиндре звук ослабевает. Он вновь усилится до максимума, когда уровень воды смещается на расстояние полуволны, и длина воздушного столба снова будет равна нечетному числу четвертей длин волн. По известной частоте колебаний камертона и измеренной длине полуволн как расстояний между двумя последовательными максимумами усиления звука нетрудно вычислить скорость звука в воздухе.

Расчетная формула имеет вид:

$$v=\lambda\nu=2(x_2-x_1)\nu\,,$$ (6)

где $x_1$ -- положение уровня воды в первом случае, $x_2$ -- положение воды во втором случае $(x_2>x_1)$.

Рекомендуется следующий порядок выполнения задания:

1. Расположить камертон над стеклянным цилиндром $A$, как показано на рисунке, и ударом молоточка привести ветви его в колебания. Вынуть из держателя резервуар $B$ и, перемещая его в разумных пределах, вначале ориентировочно определить положения уровня воды $x_1$ и $x_2$, при которых звук усиливается.
2. Повторить опыт, более медленно меняя уровень жидкости, и не менее 5 раз измерить вначале положение уровня $x_1$ при первом усилении звука, а затем проделать то же, добиваясь следующего максимума звучания. Замерить $x_2$.
3. Результаты измерений занести в таблицу и сделать расчеты по формуле (6).
4. Сравнить полученное значение скорости звука с теоретическим расчетом из выражения

   $$v=v_o\sqrt{\frac{T}{273}}\,,$$ (7)

   
   
   здесь $v_o$ -- скорость звука в воздухе при $0^\circ C$, равная 332м/c,
   $T$ -- температура воздуха по шкале Кельвина. Сделать вывод о точности измерений данным методом.

Далее: 2.  Задание 2. Вверх: 2.  Выполнение работы Назад: 2.  Выполнение работы