Міністерство освіти і науки України
Національний Університет „Львівська політехніка”
Кафедра Фізики
Звіт
Про виконання
лабораторної роботи № 18
Тема: Визначення частоти звукових коливань методом стоячої хвилі
Мета роботи :
Визначення частоти звукових коливань.
Прилади та обладнання :
Скляна трубка, міліметрова лінійка, поршень, телефон, генератор низькочастотних коливань.
Вимірювальний пристрій
Всередині скляної трубки(1), закріпленої на підставках(2), може переміщатися поршень(3). Один кінець трубки закриває джерело звуку – телефон(5). Положення лівого краю поршня, тобто відстань між мембраною телефона і поршнем, визначають міліметровою лінійкою, прикріпленою до трубки(1). Живлення телефона здійснюється низькочастотним генератором(4). Генератор прикріплюється до електричної мережі і вимикається клавішею (6), а зміну частоти сигналу, що подається на телефон, здійснюються клавішами (а,б,в).
Розрахункові формули :
ξ= 2А coskx cosωt
де 2 = Аст – амплітуда стоячої хвилі
А – амплітуда падаючої хвилі
k= – хвильове число
λ – довжина падаючої хвилі
ω – циклічна частота коливань
Послідовність виконання роботи :
Виміряти температуру повітря і записати результат у табл. 1.
Під’єднати генератор до електричної мережі з напругою 220 В.
Натиснути клавішу 6, ввімкнути генератор.
Для отримання коливань з частотою натиснути одну з клавіш перемикача частот (а,б,в).
Пересуваючи поршень з крайнього лівого положення вправо, виміряти і записати у табл. 1 відстані між мембраною телефона і лівим краєм поршня, для яких гучність звуку – максимальна (тобто визначити і записати координати вузлів хn, де n=1,2,3,4).
За формулою (4) розрахувати величини:
L1=x2 – x1 L2=x3 – x2 L3=x4 – x3
і визначити середнє значення довжини стоячої хвилі як :
(L1 + L2 + L3)
Розрахувати абсолютну похибку величини L як :
ΔL= (ΔL1 + ΔL2 + ΔL3)
де ΔL1= L– L1 |
Результати розрахунків, проведених в пунктах 6 і 7 записати у таблицю 2.
Вмикаючи по черзі інші клавіші перемикача (а,б,в), повторити дії, значення у пунктах 4-8.
За формулою (7) розрахувати частоти звуку 1, 2, 3, які відповідають клавішам : а, б, в, і записати результати у табл. 2.
Визначити похибки отриманих значень частот і записати їх у таблицю 2.
Таблиці результатів і вимірювань
Таблиця 1
Клавіша
х1, м
х2, м
х3, м
х4, м
х5, м
t°, c
а
0,01
0,1
0,34
0,45
0,53
15,5
б
0,01
0,09
0,16
0,305
0,48
в
0,025
0,19
0,23
0,44
0,57
г
0,065
0,155
0,245
0,33
0,46
Таблиця 2
клавіша
L1 м
L2 м
L3 м
L4 м
L м
Δ L1 м
Δ L2 м
Δ L3 м
Δ L4 м
Δ L м
υ
Гц
δ υ
%
а
0,09
0,24
0,11
0,08
0,13
0,04
0,11
0,02
0,05
0,055
1313,6
1%
б
0,08
0,07
0,145
0,175
0,1175
0,0375
0,0475
0,0275
0,1633
0,023
1452,3
0,9%
в
0,165
0,04
0,21
0,13
0,1362
0,0287
0,0962
0,0737
0,0063
0,051
1252,4
1.3%
г
0,09
0,09
0,085
0,13
0,0987
0,0087
0,0087
0,0137
0,0312
0,016
1728,1
1%
Висновок : на даній лабораторній роботі я навчився визначати частоту звукових коливань методом стоячої хвилі. Звукова хвиля збуджується мембраною телефона 5 і розповсюджується у повітрі в об’ємі трубки 1. Дійшовши до поршня, хвиля відбивається і в результаті накладання відбитої хвилі з падаючою утворюється стояча хвиля. Як відомо, рівняння стоячої хвилі записується у вигляді:
ξ= 2А coskx cosωt
Пересуваючи поршень вздовж трубки, спостерігаємо зміну гучності звуку. Максимальною сила звуку буде тоді, коли біля поверхні мембрани телефона утворюється пучність, а біля поверхні поршня – вузол стоячої хвилі. Розташування вузлів визначається з умови:
2А cos kx = 0
Отже, при значеннях хn, які задаються формулою між мембраною і поршнем вкладається непарна кількість чвертей довжин хвиль. Різниця відстаней між двома сусідніми вузлами чисельно дорівнює довжині стоячої хвилі. Врахувавши зв’язок між довжинами падаючої і стоячої хвиль для частоти звуку одержуємо розрахункову формулу:
Підпис студента