 |
Определение скорости звуковой волны в воздухе и показателя адиабаты для него.
|
|
|
|
Акустическая волна – это распространение в пространстве продольных колебаний плотности среды. В диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц эта волна воспринимается человеческим ухом как звук. Источниками звука являются вибрирующие тела.
Скорость распространения v колебаний, их частота f и длина волны l и связаны соотношением:
v = l · f (1)
Для газообразной среды скорость v звуковой волны зависит от термодинамических параметров газа:
(2)
g = cp / cv – показатель адиабаты, cp и cv – теплоемкости газа при постоянном давлении и постоянном объеме соответственно, R - универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура газа, Мм – его молярная масса. Для воздуха, содержащего набор различных газов, принимается Мм =29.10-3 кг/моль.
Целью работы является экспериментальное определение скорости v звуковой волны в воздухе и вычисление показателя адиабаты g для воздуха.
Метод определения v – изучение стоячих волн, возникающих в закрытом с одной стороны звуковом резонаторе при возбуждении в нем звуковых колебаний.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
|
| Звуковой резонатор (рис.1) представляет собой стеклянную трубку 1, закрытую с одной стороны поршнем 2 на подвижном штоке 3. Шток |
позволяет изменять активную длину резонатора. Источником звуковых волн является малогабаритный динамик 4, подсоединенный к генератору звуковых колебаний 5 (ЗГ). Звуковые колебания на открытом конце резонатора улавливаются приемником 6 и фиксируются усилителем 7. Положение поршня внутри стеклянной трубки определяется по шкале 8.
Динамик 4 посылает звуковые колебания определенной частоты n в стеклянный резонатор 1. Отразившись от поршня 2, звуковая волна интерферирует с падающей волной. При этом в резонаторе возникает стоячая волна. В зависимости от положения поршня внутри трубки, на ее открытом конце образуется либо узел стоячей волны (минимум амплитуды стоячей волны, т.е. минимум звука), либо ее пучность (максимум амплитуды стоячей волны, т.е. максимум звука). Схематически возникновение узла или пучности на открытом конце звукового резонатора изображено на рис.2-а и рис.2-б.
|
|
|
|
| Расстояние между двумя соседними узлами либо пучностями равно половине длины звуковой волны l/2, излучаемой динамиком. Поэтому, измерив это расстояние, можно определить длину l звуковой волны, распространяющейся в воздухе. |
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Включить установку и выдвинуть шток вправо до отказа.
2.Установить на ЗГ одну из частот f 1 звуковых колебаний, указанных преподавателем.
3.Вдвигая шток внутрь трубки, последовательно отмечать по шкале 8 положения поршня, при которых интенсивность звука на открытом конце резонатора минимальна (на слух и с помощью усилителя 7, по минимуму отклонения стрелки). Данные о положении поршня занести в таблицу 1.
4.Вывести шток вправо до отказа, установить на ЗГ следующую частоту f 2 колебаний и повторить для нее все действия пункта 3. Полученные данные занести в таблицу 2.
5.Повторить то же самое для третьей частоты f 3, результаты занести в таблицу 3.
6.По данным таблиц 1,2,3 определить длину звуковой волны l и ее среднее значение для каждой из частот и величину средней погрешности эксперимента Dl.
7.Используя среднее значение длины l звуковой волны для каждой из частот, по формуле (1) определить скорость распространения v волны, ее среднее значение и среднюю погрешность измерений. Данные занести в таблицу 4.
8.По измеренным значениям скорости v для каждой из частот, с помощью формулы (2) определить показатель адиабаты g для воздуха, внести результаты в таблицу 4. Вычислить среднее значение g и погрешность Dg.
|
|
|
9.Записать окончательный результат в виде:
v = (v ср + D v ср) м/с g = gср + Dgср
ТАБЛИЦЫ 1,2,3
| f, кГц | № п/п | Положение поршня Х i ,см | Xi – Xi -1 = l/2, см | l, cм | Dl, см |
|
| 1 | ||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| и т.д. | |||||
| lср | Dlср | ||||
ТАБЛИЦА 4
| № п/п | f, кГц | v, м/с | D v, м/с | g | Dg |
| Среднее: | |||||
Горяйнов Георгий Иванович
Пшеницын Владимир Ильич
Сказка Всеволод Степанович
Электромагнетизм
Методические указания к выполнению лабораторных работ. Учебно-методическое пособие
|
|
|
