Устройство и принцип действия установки

Действие установки ФПТ1-7 основано на явлении звукового резонанса в стеклянной трубке, заполненной воздухом, с закрытыми торцами. В одном торце трубки располагается телефон, питаемый электрическим генератором звуковой частоты (3 Г), являющийся ис­точником звуковых колебаний. В другом торце находится приемник

звука - микрофон. Стоячая волна в трубе длиной L возникает, как было описано, при условии

L=n ,

где L = 0,51 м - длина трубки; - длина звуковой волны; n - положи­тельное целое число или номер резонанса (n = 1, 2, 3,...).

При резонансе резко возрастает амплитуда звуковых колеба­ний, воспринимаемых микрофоном. Напряжение с микрофона пода­ется на микроамперметр, который служит для наблюдения резонанса звука в стеклянной трубке.

При резонансе стрелка микроамперметра отклоняется макси­мальным образом (но не до конца шкалы).

Скорость звука V= υ, так как = (это следует из формулы 11). Следовательно, измеряя частоту звука, соответствую­щую резонансу, можно определить скорость звука.

Установка позволяет повышать температуру воздуха в стек­лянной трубке до 70° и проводить измерения в этом диапазоне при различных температурах.

Xод работы

1. Ознакомиться с конструкцией установки ФПТ1-7. На рис. 4 показан общий вид установки для измерения скорости звука в возду­хе.

2. Подготовить установку к работе. Для этого вывести ручки потенциометров на минимум, осторожно вращая их против часовой стрелки.

3. Подключить вилку к розетке сети (U = 220 В).

4. Включить тумблер «сеть». Загорается сигнальная лампочка
на приборной панели.

5. Включить генератор звуковых колебаний ручкой «усил.», расположенной на приборной панели слева.

6. Рукоятками «грубо» и «точно», изменяя частоту звуковых колебаний (ручка «част.») следить за показаниями микроамперметра. Стрелка отклоняется вправо при постепенном увеличении частоты звука, останавливается и при дальнейшем увеличении частоты (рукояткой «точно») начинает отклоняется в левую сторону. Момент остановки стрелки в крайнем правом положении соответствует первому резонансу

(n = 1). Частоту соответствующую первому резонансу определяем по прибору, расположенному на блоке рабочего элемента слева.

7. По формуле ₁= , где n= 1, определяем длину звуковой волны.

8. По формуле υ₁ = ₁ν₁ рассчитываем скорость звуковой вол­ны при n = 1.

9. Затем, постепенно изменяя частоту, определить второй, третий и четвертый резонансы, и соответствующие им частоты колебаний.

10.Рассчитать длины волн при различных частотах (ν₂, ν₃ и ν₄) и скорость звука.

11.Найти среднее значение скорости <υ>.

12.Данные занести в табл. 1.

13.Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерений и записать результат: υ=<υ>±< υ>.

Таблица 1

13. Включить нагреватель рукояткой «нагрев» и измерить ско­рость звука в воздухе при различных температурах. Результаты зане­сти в табл. 2.

Таблица 2

15. Построить график зависимости скорости звука от темпера­туры по данным табл. 2 и в соответствии с формулой (2).

16. Сравнить опытную и теоретическую кривые зависимости υ от t° и сделать выводы из проделанной работы.

Контрольные вопросы

1. Какие волны называются упругими?

2. Какие волны называются продольными? Поперечными?

3. Какие волны могут распространяться в твердых телах? жид­ких? Газообразных?

4. Какие характеристики волны вы знаете? Дать их определе­ние.

5. Что называют звуковыми волнами? ультразвуком? инфра­звуком?

6. От чего зависит скорость распространения звуковых колеба­ний?

7. Записать уравнение бегущей волны.

8. Какие волны называются когерентными?

9. Что называется интерференцией волн?

10.Как записывается уравнение стоячей волны?

11. Как рассчитать координаты узлов и пучностей в стоячей волне?

12. При каком условии наблюдается резонанс звуковых коле­баний в стеклянной трубке, заполненной воздухом?

13. Что показывает резонансное число n?

14. Как зависит скорость звука от температуры среды?

15. Зависит ли скорость звука от его частоты?