След.: 4.  Задание и порядок Выше: Лабораторная работа №16 Пред.: 2.  Краткая теория

3.  Описание эксперементальной установки

Структурная схема установки представлена на рис.3.1.

В состав эксперементальной установки входят:

Генератор электрических колебаний звуковой частоты 2,

Динамик-передатчик 1,

Динамик-приемник 4 ,

Осциллограф 3,

Потенциометр R,

Рис. 3.1

Шкaлa расстояний 5.

Электрические колебания звуковой частоты поступают на звуковую катушку динамика-передатчика 1 и создают в ней электрический ток звуковой частоты. Катушка динамика механи­чески связанна с диффузором и находится в поле постоянного магнита.В результате взаимодействия тока в катушке с полем постоянного магнита диффузор совершает колебания вдоль своей оси и возбуждает звуковую волну, распространяющуюся в нап­равлении динамика-приемника 4, который по устройству не отличается от динамика-передатчика 1.

Под действием звуковой волны диффузор и связанная с ним звуковая катушrа динамика-прёмника совершают механические колебания вдоль своей оси со звуковой частотой. При этом в звуковой катушке индуктируется электродвижущая сила индукции, которая подается на вход усилителя вертикального отклонения луча осциллографа (вход ``У'').

Таким обравом, динамик-передатчик преобразует энергию электрических колебаний в энергию звуковых волн, а динамик-приемник, наоборот, преобразует энергию механических колебаний в энергию электрических колебаний той же эвуковой частоты и формы. Однако, фазы колебаний в динамике-передатчике и динамике-приемнике отличаются друг от друга. Величина сдвига фaз зависит от расстояния между динамиками 1 и 4 и ее можно измерить с помощью осциллографа. Для этого на вход усилителя горизонтального отклонения луча осциллографа (вход ``Х'') подается с потенциометра часть напряжения звуковой частоты, питающего звуковую катушку динамика-передатчика 1. Это напряжение называется опорным. Его начальная фаза величина постоянная. Именно с ней и сравнивается начальная фaзa колебаний, вырабатываемых динамиком-приемником 4.

Принцип определения сдвига фаз двух гармонгармонических колебаний с помощью осциллографа, показанного на рис.3.2.

Цифрами на графиках обозначены одинаковые моменты времени и соответствующее им смещение луча на экране. Например, для $t=t_3$ смещение луча по оси $Y$ будет равно $h_y$, а по оси $X$ -- $h_x$. Положение луча на экране -- точка 3. Стрелками показано направление перемещения луча на экране трубки с течением времени.

При отсутствии одного из отклоняющих напряжений луч вычерчивает на экране трубки либо вертикальную линию ($u_{mx}=0$;
$u_{my}\neq0$), либо горизонтальную линию ($u_{mx}\neq0$; $u_{my}=0$). Если отсутствуют оба напряжения ($u_{mx}=0$; $u_{my}=0$), то луч находится в центре экрана.

Если $u_{mx}\neq0$ и $u_{my}\neq0$, а фазы их совпадают, то на экране трубки вычерчивается прямая линия с острым углом наклона к горизонтальной оси ($\alpha$). Если жe фазы колебаний противоположны, то угол наклона прямой линии становится тупым.

Рис. 3.2

В случае прoизвольного сдвига фаз на экране трубки вычерчивается элипс.

Таким образом, перемещая динамик 4 относительно неподвижного динамика 1 можно определить координаты ($Z$) точек пространства, в которых колебания совпадают по фазе, измерить длину звуковой волны, и по ней определить скорость звуковых волн.

След.: 4.  Задание и порядок Выше: Лабораторная работа №16 Пред.: 2.  Краткая теория