Порядок измерений

У выбранного в модуле М06 стержня катушку «Г» подключают к выходу генератора, а катушку приемника - к милливольтметру или осциллографу. Поскольку концы стержня свободные, то амплитуда колебаний на концах стержня будет максимальной. Поэтому резонансные частоты f_n будут соответствовать максимумам сигнала с приемника. При резонансе на длине стержня укладывается целое число полуволн:

.

Скорость волны u=f_n, полученную от разных резонансов, усредняют и определяют модуль Юнга Е мате­риала стержней:

E=u²,

где  - плотность материала стержня.

Результаты всех измерений заносят в таблицу 1.

Длина стержня ℓ=600 мм

Таблица 1

Стержень (материал)	Резонансные частоты, кГц	Длина волны, м	Скорость звука, м/с	Модуль Юнга, Н/м
Алюминий	n=1 1 = n=2 2 = n=3 3 =	1 = 2 = 3 =
Латунь	n=1 1 = n=2 2 = n=3 3 =	1 = 2 = 3 =
Сталь	n=1 1 = n=2 2 = n=3 3 =	1 = 2 = 3 =

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. Чем определяется тон звука, издаваемого колоколом?

6. Оцените порядок частоты звука, который должен был издавать Царь-колокол, если его размеры порядка 5 метров?

Работа № 6 ультразвуковые волны в жидкости

Цель работы:	а) ознакомиться со свойствами ультразву­ковых волн; б) определить длину волны ультразвука дифракционным методом
Приборы и принадлежности:	а) комплекс ЛКВ-1 «Волновые процессы» б) модуль М08 «Ультразвук»

Описание модуля «Ультразвук»

Упругие волны, частоты которых превышают 20 кГц (высокочастотный порог слышимости человека) называютя ультразвуком. В данном разделе изучаются ультразвуковые волны в воде, частоты которых составляют 1-10 МГц. Для изучения ультразвуковых волн в жидкости, определения скорости этих волн и наблюдения дифракции света на ультразвуке предназначен модуль М08 «Ультразвук» (рис. 1). Корпус модуля содержит нижнюю часть 6 и верхнюю часть 2. Нижняя часть установлена на рейтере. В нее вмонтирован пьезокерамический излучатель ультраз­вука 8 с вогнутой верхней поверхностью. Излучатель с помощью ка­беля и разъема 7 (штекеры Ш4) подключается к ультразвуковому ге­не­ратору (прибор ПОЗ). Волны распространяются в вертикальном ка­нале корпуса. В корпусе имеется окно 5 для наблюдения за поведе­нием жидкости под действием ультразвука и для изучения дифракции света на ультразвуке.

Рис. 1. Модуль «Ультразвук»

Верхняя часть корпуса закреплена винтами 9 и легко снимает­ся, если ослабить эти винты. В нее ввернут шток с барабаном 1, по которому с помощью шкалы 2 отсчитывается координата штока. Один оборот барабана смещает шток на 1 мм. Если жидкость полностью за­полняет область между излучателем и штоком, то при определенных положениях штока в столбе жидкости возникают резонансы (стоячие волны), при этом возрастает нагрузка на излучатель, что приводит к уменьшению выходного напряжения ультразвукового генератора. Вращая барабан, перемещают шток и отмечают положения, соответс­твующие минимумам показаний вольтметра генератора. Расстояние между соседними такими положениями равны половине длины волны ультразвука.

Модуль М08 может использоваться в стандартной схеме наблю­дения дифракции Фраунгофера. Частота генератора задается студенту из паспортных данных модуля или измеряется им самостоятельно с помощью осциллографа или частотомера.