Дослід 9. Поширення поперечних і поздовжніх хвиль

У методичній літературі хвильовою машиною прийнято нази­вати прилад, призначений для відтворення (імітації) картини хвилі. Майже всі варіан­ти такого приладу скла­даються з системи еле­ментів (знаків), що імі­тують коливні частинки, і механізму надання руху вказаним елементам.

Даний прилад відрізняється від відомих значно більшими демонстраційними мож­ливостями і простотою виготовлення. Він надій­ний в роботі, зручний і має невелику вагу (близь­ко 2,5 кг).

Н а рис. зображено загальний вигляд прила­ду під час демонструван­ня: а – поперечної хвилі, б – поздовжньої хвилі (на зворотному боці при­ладу), в – поверхневої хвилі (щиток з щілиною знято). В кожному ви­падку картина хвилі ви­никає під час обертання рукоятки.

Показано будову приладу: а – поперечний розріз, б – вигляд збоку, в – будову коливних елементів із знаками, що імітують коливні частинки, г – знімні елементи механізму приводу.

У складеному приладі пластинки 6 прикриті закріпленим диктовим щитком 8 (б). Проти екрана встановлюють знімний щиток 9 з щілиною 10 (а, б).

У корпусі приладу встановлено систему дротяних елементів 11 із знаками 12 і спіраллю 13 для надання вказаним знакам коливального руху. Елементи 11 виготовлені як U-подібні скоби, у яких на одному кінці міститься вказаний знак, а другий віді­гнутий в площині, перпендикулярній до площини скоби. Спі­раль 13 виготовлена із дроту, на витки її спираються скоби. Крім того, ця спіраль має знімні елементи. Знаки 12 виготовлені із жерсті як тригранні призми. Призми всередині мають фетрові або суконні прокладки (муфточки), які дають можливість легко переміщувати і повертати їх на стержнях скоб.

Під час обертання спіралі 13 кожна скоба здійснює коливан­ня у вертикальній площині. При цьому тригранні призми (знаки 12) створять враження поперечної хвилі, нахилені кінці скоб «намалюють» просторову картину поверхневої хвилі, а якщо їх розглядати через щілину 10, то виникає картина поздовжньої хвилі.

Змінюючи елементи механізму привода, можна відтворювати різні види хвиль. Щоб зробити заміну, прилад повертають ниж­ньою частиною вгору.

За допомогою спіралей 13 і 14 демонструють біжучі хвилі різної довжини, спіраллю 15 – затухаючі хвилі, а спіраллю 16 (синусоїдна) – стоячі. Для демонстрування послідовних стадій утворення хвилі спіраль 16 нарощують стержнем 17 (за допо­могою муфточки) і разом просовують у щілину 5 корпусу. Якщо перед таким самим дослідом призми були розташовані на стерж­нях скоб так, що на фоні екрана вони відтворювали синусоїду, то на екрані дістають картину додавання хвиль – послідовні підсилення і затухання коливань.

Дослід 10. Явище звукового резонансу

П родемонструвати явище звукового резонансу. Розмістіть два однакових камертони на резонуючих ящиках на відстані 20-30 см один від одного так (рис.), щоб отвори ящиків були спрямовані один до одного. За допомогою гумового молоточка збудіть один з камертонів і через кілька секунд припиніть рукою коливання його.

При цьому можна почути коливання другого камертона. Далі надіньте на один з камертонів гумове кільце (змініть частоту його коливань) і спробуйте знову відтворити дослід. При цьому другий камертон коливатись не буде. Резонансу немає.

Контрольні запитання

1. За допомогою якого з наведених прикладів легше ввести основні поняття коливального руху (період, частота, амплітуда, діюча сила)?

2. Поясніть на прикладі механізму годинника умови, що потрібні для утворення незатухаючих коливань в автоколи­вальних системах.

3. Підберіть декілька своїх власних варіантів фізичних дослідів, які, на вашу думку, можна було б провести під час вивчення механічних коливань.

4. Запропонуйте свій варіант досліду для підтвердження яви­ща резонансу. Які позитивні сторони та недоліки різних варі­антів досліду?

Експериментальні завдання

1. Недалеко від берега зупинився іграшковий корабель. Щоб підігнати його до берега, хлопчик починає кидати у воду ка­мінчики, сподіваючись, що утворяться хвилі і підженуть кора­блик до берега. Перевірте, наскільки доцільні такі дії, і пояс­ніть явите, яке спостерігається.