Резонансы в закрытой трубе

Рис.2.

Разрез модуля «Стоячие волны»

Один из динамиков модуля М09 «Стоячие волны» подключают к выходу генератора низкой частоты, второй - к милливольтметру или осциллографу.

• Перемещая поршень, определите его положения, соответствующие максимумам сигнала с динамика-приемника.

• Эти положения следуют с шагом в половину длины волны.

• Определите по результатам ваших измерений скорость звука в воздухе.

Резонансы в трубе с одним закрытым концом

• Выньте поршень из трубы. В открытой трубе на длине трубы при резонансе укладывается нечетное число четвертей длины волны.

• Изменяя частоту генератора определите частоты резонансов.

• Определите по результатам ваших измерений скорость звука в воздухе.

Контрольные вопросы

1. Что называют волной?

2. Какой функцией описывается волна? Какому уравнению она удовлетворяет?

3. Какие волны называются монохроматическими? Как связаны скорость волны, ее частота и длина волны?

4. Какие волны называются стоячими?

5. Почему сильный ветер создает воющий звук в печной трубе? Чем определяется высота тона этого звука?

6. Почему флейта имеет малые размеры, а басовые трубы духового оркестра (тубы) – большие?

Работа № 5 стоячие волны в стержнях

Цель работы:	а) ознакомиться со свойствами стоячих волн; б) определить частоты первых гармоник
Приборы и принадлежности:	а) комплекс ЛКВ-1 «Волновые процессы» б) модуль М06 «Стержни»

Введение

Скорость u звуковых волн в стержне определяется (см. И.Е. Иродов «Волновые процессы») плотностью  и модулем Юнга E стержня:

.

Измерив скорость звука u, можно определить по ней модуль Юнга тела:

E=u².

Для измерения скорости звука в данной работе находят частоты, при которых в стержне возникают стоячие волны. В этом случае на длине стержня укладывается целое число полуволн:

.

Скорость волны u=f, поэтому:

E=²f².

Описание модуля «Стержни»

Все измерения проводят на модуле М06 «Стержни». Модуль (рис.1) содержит три стержня (стальной 1, алюминиевый 2 и латунный 3) длиной =600 мм, под­вешенные за концы на струнах.

Рис.1. Модуль «Стержни»

Такой подвес при анализе колебаний позволяет считать концы стержней свободными. Для возбуждения и регистрации колебаний в торцы стержней вмонтированы магниты 4, вблизи которых находятся катушки генератора колебаний (обозначены «Г» на рис.13 и соответственно маркированы на установке) и прием­ника колебаний (обозначены и маркированы «П»). Одна из катушек «Г» подключается к генератору низкой частоты (прибор П01), а расположенная у противоположного конца того же стержня катушка «П» подключается к осциллографу или милливольтметру (вхо­дящему в П01). Переменный ток в катушке «Г» возбужда­ет продольные колебания стержня. Плавно изменяя частоту генерато­ра, определяют резонансные частоты стержня по максимумам амплиту­ды напряжения на приемнике «П». Резонансы очень узкие (единицы герц), что требует аккуратной и плавной настройки генератора. В диапазоне частот от 2 до 10 кГц на стальном и алюминиевом стерж­нях наблюдаются два резонанса, а на латунном - три резонанса, при которых на длине стержня, соответственно, укладываются одна, две или три полуволны колебаний. Ориентировочные значения частоты первого резонанса: сталь и алюминий - 4,3 кГц, латунь - 2,9 кГц.