1. Выбрать из наборов шаров известной плотности один и измерить его диаметр несколько раз (плотность стали – 7,8·103 кг/м3, плотность свинца – 11,3·103 кг/м3).
2. Установить метки на стеклянном сосуде достаточно далеко от края жидкости и дна. Измерить расстояние между метками.
3. Опустить шарик в жидкость известной плотности. При пролете шарика мимо верхней метки включить секундомер. При пролете шарика мимо нижней метки выключить секундомер. По разности показаний секундомера вычислить время τ. (Плотность касторового масла – 9,7·102кг/м3, плотность глицерина – 1,26·103 кг/м3).
4. Выполнить пп. 1 – 3 несколько раз.
5. Рассчитать по полученным данным среднее значение вязкости жидкости и числа Рейнольдса, вычислить погрешность измерений.
6. Сопоставить полученные результаты и неравенство (3), проверить справедливость применения формулы (2).
Дополнительное задание
Исследовать зависимость скорости движения шарика в жидкости от его диаметра. Предположив степенную зависимость 
,определить показатель степени n.
Контрольные вопросы
1. Вывести неравенство (3) из условия, что Re<< 1 и архимедова сила пренебрежимо мала.
2. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкость?
3. Чем обусловлено возникновение силы лобового сопротивления в вязкой жидкости: а) при малых скоростях движения шарика; б) высоких скоростях движения шарика?
4. Почему падение шарика в жидкость сначала ускоренное, затем становится равномерным?
5. Почему верхняя метка должна быть ниже уровня жидкости, а нижняя выше дна?
Список рекомендуемой литературы
1. Стрелков С.П. Механика. – М.: Наука, 1965. § 112. – 528 с.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 5 т. – Т. 1. Механика. – М.: Наука, 1979. §§ 100, 101. – 519 с.
3. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. – Т. 1, – М.: Наука, 1977. § 78. – 352 с.
Лабораторная работа № 2-3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ
И ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫВОЗДУХА МЕТОДОМ
СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ
Цель работы: исследование упругих и тепловых свойств воздуха.
Оборудование: труба с подвижной стенкой на одном из концов, звуковой генератор, электронный осциллограф, термометр.
Введение
Скорость распространения звуковых волн в среде определяется, в первую очередь, упругими свойствами этой среды. Газы обладают только объемной упругостью. Поэтому в них могут распространяться только продольные волны, в которых чередуются области сгущения и разрежения газа. Скорость звука 
в общем случае определяется выражением
(1)
где P – давление в газе; 
– плотность газа.
Лаплас установил, что в звуковой волне в газе колебания происходят настолько быстро, что теплообмен между областями разрежения и сгущения не имеет места. Распространение звука в газе – адиабатический процесс. Уравнение Пуассона для адиабатического процесса:
РV γ = const, (2)
где γ = Cp / Cν – показатель адиабаты; Cp – теплоемкость при постоянном давлении; Cv –теплоемкость при постоянном объеме; V – объем. Если учесть, что плотность пропорциональна 1 /V, то для дифференциала левой части (2) получается
γ Рd ρ – ρ dР = 0. (3)
Отсюда скорость звука в газе
(4)
Из уравнения состояния идеального газа в форме
(5)
(где M – молярная масса газа; R –универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура) и соотношения (4) следует формула для показателя адиабаты
(6)
Формула (6) используется в данной лабораторной работе для определения показателя адиабаты воздуха.
Скорость звука определяется методом стоячей волны. Стоячая волна образуется, например, при положении двух плоских гармонических волн, бегущих в противоположных направлениях по оси X:
и 
, (7)
где h 1, h 2 – смещение частиц среды в первой волне и во второй волне соответственно; A 0 – амплитуда колебаний; 
– циклическая частота; k – волновое число. Результирующая волна имеет вид
(8)
где 
– длина звуковой волны.
Это стоячая волна, которая характеризуется, как следует из формулы (8), чередующимися пучностями и узлами. В местах расположения пучностей амплитуда стоячей волны максимальна, в местах расположения узлов амплитуда стоячей волны равна нулю. Расстояние 
между соседними узлами и между соседними пучностями одинаково и равно
. (9)
Таким образом, длина звуковой волны может быть найдена по измеренным значениям 
. Скорость звука , в свою очередь, можно рассчитать по формуле
(10)
где 
– частота звуковой волны. Окончательно для скорости звуковой волны получается выражение
(11)
которое и используется в данной лабораторной работе для определения скорости звука в воздухе.
Описание установки
Схема установки представлена на рисунке. Звуковая волна создается в длинной стеклянной трубке 1 с одной подвижной стенкой М. Вдоль трубы расположена линейка 2. В неподвижной стенке трубы укреплен телефон Т, соединенный со звуковым генератором ЗГ. В под 
вижной стенке трубы укреплен регистрирующий микрофон, соединенный с входом электронного осциллографа ЭО. В стеклянной трубке происходит наложение бегущей волны от телефона Т и отраженной волны от подвижной стенки М. Результирующая волна – стоячая.