1. Для экспериментальной проверки соотношения (17) между частотой колебаний струны и её длиной, как и в первом упражнении, используется константановая проволока с диаметром поперечного сечения d =0,4 мм.
2. Установите длину струны l =30 см и силу натяжения струны F =30 Н.
3. Измерьте частоту колебаний струны.
4. Постепенно увеличивая длину струны до l =60 см с шагом 5 см, измерьте зависимость частоты колебаний струны от её длины. Результаты занесите в таблицу:
Таблица 2.
l, см | ν, Гц | ![]() | ![]() |
… | … | … | … |
5. Заполнив остальные клетки Таблицы 2, постройте график зависимости периода колебаний струны от её длины . Согласно (17) эта зависимость должна быть линейной:
(19)
Определите по графику угловой коэффициент прямой. Используя эту величину, рассчитайте плотность константана и погрешность этой величины.
Упражнение 3. Измерение зависимости частоты колебаний струны от плотности материала.
1. Для экспериментальной проверки соотношения (16) между частотой колебаний струны и плотностью материала, из которой она изготовлена, используются проволоки из тантала (ρ =7,1 г/см3), константана (ρ =8,8 г/см3) и никеля (ρ =8,9 г/см3) с одинаковым диаметром поперечного сечения d =0,3 мм.
Эти проволоки очень тонкие и не выдерживают больших натяжений. Поэтому не пытайтесь установить силу натяжения более 20 Н!
2. Установив попеременно для каждой струны длину l =50 см и силу натяжения струны F =20 Н, измерьте частоты их колебаний. Результаты занесите в таблицу.
3. Нанесите экспериментальные точки на теоретический график зависимости частоты колебаний струны от её плотности, построенный в ходе выполнения расчетного задания. Сделайте вывод.
Упражнение 4. Измерение зависимости частоты колебаний струны от её диаметра.
1. Для экспериментальной проверки соотношения (16) между частотой колебаний струны и площадью её поперечного сечения , используются медные проволоки (ρ =8,9 г/см3) с диаметрами поперечного сечения d =0,4 мм и d =0,5 мм.
Медные проволоки не выдерживают больших натяжений. Не пытайтесь установить на них силу натяжения более 20 Н!
2. Установив попеременно для каждой струны длину l =50 см и силу натяжения струны F =20 Н, измерьте частоты их колебаний. Результаты занесите в таблицу.
3. Медная проволока диаметром d =0,3 мм слишком хрупкая и не выдерживает натяжения F =20 Н. Однако, учитывая, что плотности никеля и меди практически совпадают, можно воспользоваться результатом измерения частоты для никелевой проволоки диаметром d =0,3 мм из Упражнения 3. Занесите эти данные в ту же таблицу.
4. По трём имеющимся точкам постройте график зависимости периода колебаний струны от её диаметра .
5. По завершению выполнения упражнения снимите натяжение струны до нуля.
Подготовка к работе.
1. Физические понятия, величины, законы, знание которых необходимо для успешного выполнения работы:
· гармонические колебания, амплитуда, фаза, частота;
· волны в упругой среде;
· скорость волны, частота, длина волны;
· уравнение плоской волны;
· волновое уравнение;
· стоячие волны, узлы и пучности;
· колебания струны, гармоники;
2. Выведите формулу (16)
3. Расчетное задание. Пользуясь формулой (17), для струны диаметром d =0,4 мм и длиной l =50 см, натянутой с силой F =20 Н, постройте на миллиметровой бумаге график зависимости частоты колебаний от плотности в диапазоне от 4 до 15 г/см3.
4. Сформулируйте основную цель работы и порядок ее выполнения.