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

Задание 1.

Определение скорости звука в воздухе методом резонанса

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

В качестве источника колебаний используется камертон с частотой колебаний $\nu=517 \text{Гц}$.

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.

Рис. 3.10 

При изменении уровня воды в цилиндре звук ослабевает. Он вновь усилится до максимума, когда уровень воды в цилиндре сместится на расстояние полуволны, и в воздушном столбе опять будет укладываться нечетное число 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:

$$v=\lambda\nu=2(x_2-x_1)\nu ,$$ (45)

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

Рекомендуется следующий порядок выполнения задания:

1. Расположить камертон над стеклянным цилиндром $A$, как показано на рисунке, и ударом молоточка привести его ветви в колебания. Вынуть из держателя резервуар $B$ и перемещать его в разумных приделах, сначала ориентировочно определив положение 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 (45).
4. Сравнить полученное значение скорости звука с теоретическим расчетом из выражения
   

   $$v=v_o\sqrt{\frac{T}{273}} ,$$ (46)

   
   
   здесь $v_o$ -- скорость звука в воздухе при $0^\circ C$, равная 323м/c, $T$ -- температура воздуха по шкале Кельвина. Сделайте вывод о точности измерений данным методом.

№ опыта	$x_1$,м	$x_2$,м	$v$,м/c	$\Delta v$,м/c	$(\Delta v)^2, (\text{м}/c)^2$
1
2
3
4
5
Сумма	X	X		X
Среднее	X	X		X	X

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