6. Описание и принцип действия установки

Схема установки изображена на рис. 6 и рис. 7.

На вертикальной стойке 3 основания 1 крепится кронштейн 4. К кронштейну крепится панель 5. Конструкция кронштейна обеспечивает фиксацию панели как в вертикальном и горизонтальном, так и в промежуточном положениях.

К клеме 18 панели 17 крепится один конец струны 7, а другой конец перекинут через ролик 6 и соединяется с нитью 12 через кольцо 16. В свою очередь нить через пружину 8, визир 9 крепится к нагрузочному блоку 14.

При определении цены деления шкалы линейки 10 конец нити освобождается от блока, свободно перекидывается через него и нагружается грузом 13.

Натяжение струны определяется по линейке 10 при помощи визира 9. Линейка 15 предназначена для контроля длины струны и измерения длин полуволн.

Электронный блок 2 предназначен для питания струны переменным током I звуковой частоты, регулировки частоты и

амплитуды звуковых колебаний и измерения частоты в цифровой форме.

Струна медная. Плотность меди  = 8,9  10³ кг/м³.

Диаметр струны d = 0,15 мм.

Струна с током находится в поле постоянного магнита 11, магнитное поле ( ) действует на проводник с током с силой (по закону Ампера)

, (4)

пропорциональной току. (Здесь dl – дифференциально малый элемент длины струны). Под действием силы струна начинает колебаться на участке действия магнитного поля. Распространяясь по струне, колебания порождают в ней бегущую волну. Если частота колебания силы совпадает с одной из собственных частот струны, то в последней устанавливается стоячая волна.

Порядок выполнения работы

1. Проверить, правильно ли заложена струна в ролики и блоки.

2. Ослабить стопорную гайку нагрузочного блока 14 так, чтобы блок мог свободно вращаться.

3. Последовательно нагрузить нить грузами m₁ = 20 г и m₂ = 50 г. Визир на линейке покажет некоторые величины x₁ и х₂, соответствующие силам натяжения струны F₁ = m₁g и F₂ = m₂g.

4. Определить цену деления шкалы линейки 10:

.

5. Снять груз, закрепить нить в блоке, проконтролировав правильность положения визира. Зафиксировать блок стопорной гайкой. Установить натяжение струны 0,2 Н.

6. Включить в сеть шнур питания электронного блока, включить тумблер «СЕТЬ», при этом на лицевой панели должны появиться цифровые индикации.

7. Дать электронному блоку 1 – 2 мин. прогреться.

8. Ручку «ВЫХОД» на лицевой панели электронного блока повернуть вправо до упора.

9. Медленно изменяя частоту в диапазоне (20 – 50) Гц с помощью ручек «Грубо», «Плавно», получить одну различимую полуволну по струне. Записать соответствующее значение частоты.

10. Увеличивая частоту кратно полученной, получить различимые полуволны по струне с количеством не менее 4. Зарисовать полученные картинки и измерить длины полуволн.

11. Вычислить скорости распространения волн в струне по формуле (9) при n = 1, 2, 3, 4.

12. Повторить действия, указанные в п.п. 9 – 11, для значений силы натяжения струны 0,3 Н; 0,4 Н.

Построить график зависимости _n от F.

13. Сопоставить полученный в п. 12 график с аналитической зависимостью _n от F (формулы (7) и (9)). При фиксированных значениях F = 0,2 Н; 0,3 Н; 0,4 Н вычислить соответствующие отношения , где определяется по графику зависимости от F (см. п. 12), а определяется по формулам (7) и (9).