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

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 небольшой диск $D$, внутрь трубки $A$. Стержень закреплен посередине при помощи зажима $C$.

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:

$$\lambda_1=2L .$$ (47)

Рис. 3.11 

Колебания стержня передаются столбу воздуха в трубке, и, если его длина, изменяемая с помощью поршня $E$, будет равна целому числу полуволн, в трубке образуются устойчивые стоячие волны, при этом 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:

$$\lambda_2=2\frac{S}{m} .$$ (48)

Скорость звука в воздухе:

$$v_2=\lambda_2\nu .$$ (49)

Искомая скорость звука в стержне:

$$v_1=\lambda_1\nu$$ (50)

Так как частота звуковых колебаний в стержне и воздухе одинакова, разделив уравнение (49) на (50) и использовав выражения (47) и (48), получим расчетную формулу в этом задании:

$$v_1=\frac{mL}{S}v_2 .$$ (51)

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 $E$ в трубку.
2. Перемещая диск $E$ от пластинки $D$, добиться усиления звука и заметить на миллиметровой шкале внизу трубки число делений, соответствующих первому узлу стоячей звуковой волны ($S_1$). Перемещая диск, найти положение второго узла ($S_2$) и т.д. до конца трубки.
3. Повторить опыт в противоположном направлении перемещения диска $E$ по трубке. Измерить длину $S_i$, число фигур $m$ и занести результаты в таблицу и т.д.
4. Еще раз проверить опыт, измерить длину $S$.
5. Сделать расчеты, приняв в формуле (51) скорость звука в воздухе $v_2$ равной числу, полученному в п.4 задания 1.

   № опыта	$S$,м	$m$	$v_1$,м/c	$\Delta v_1$,м/c	$(\Delta v_1)^2 , (\text{м}/c)^2$
   1
   2
   5
   Сумма		X		X
   Среднее		X		X	X

   
   

6. Сравнить полученное среднее значение скорости звука в стержне с теорией из выражения (42). Модуль Юнга и плотность взять из справочника для данного материала стержня.

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