Лабораторная по физике

  • 17 янв. 2013 г.
  • 1649 Слова
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ»


кафедра физики
















Определение скорости распространения звука в воздухе


Лабораторная работа № 8

































Санкт-Петербург, 2012




Лабораторная работа 8


Определение скоростираспространения звука в воздухе


Цель работы: определение скорости распространения звуковых колебаний в воздухе при данной температуре методом стоячих волн, возникающих в резонаторе при интерференции встречных бегущих волн. Построение амплитудно-частотной характеристики резонатора и определение его добротности..
Приборы и принадлежности: установка акустического резонанса, электронный осциллограф, звуковойгенератор.

Исследуемые закономерности

Звуковые колебания в газе представляют собой периодическое чередование областей его сжатия и разряжения, распространяющихся в газе со скоростью, зависящей от его свойств. Газы, в отличие от твёрдых тел, не обладают деформацией сдвига, поэтому в них возникают только продольные волны.
Если сжатие и разряжение газа происходит быстро, то области сжатия иразряжения в газе не успевают обмениваться теплом. Такой процесс распространения звука является адиабатическим; в этом случае скорость звука в газе рассчитывается по формуле
u = (( p / ()1/2, (1.1)
где ( = Cp / CV – показатель адиабаты, равный отношению теплоёмкостей газа в изобарном и изохорном процессах; p и ( – давление и плотность газа.
Соотношение (1.1) может быть преобразовано прииспользовании уравнения состояния идеального газа (pV = (m/()RT) к виду
[pic], (1.2)
где R – универсальная газовая постоянная; Т – температура газа; ( – его молярная масса (для воздуха ( = 29(10–3 кг / моль).
В общем случае политропного процесса распространения звука, его скорость [pic], где n показатель политропы (для изотермического процесса n=1, а для адиабатного n=( ). Политропныйпроцесс – это процесс с постоянной теплоемкостью с , которая может быть рассчитана по известному показателю политропы [pic], где [pic]и [pic] соответствующие молярные теплоемкости воздуха, i число степеней свободы молекул газа. Откуда [pic], где [pic] показатель адиабаты. Воздух можно считать двухатомным газом, для которого [pic]
Удобным методом измерения скорости звуковых волн в газе являетсяметод, основанный на измерении длины волны ( бегущих звуковых волн, излучаемых источником. Если длина волны ( определена экспериментально и известна частота ( возбуждаемых источником звуковых волн, то скорость бегущей волны
u = ( (. (1.3)
Стоячие звуковые волны возникают при интерференции двух встречных бегущих волн: в данной работе падающей на торец резонатора волны от источника и волныотраженной от торца резонатора. Точки стоячей волны, в которых амплитуда колебаний максимальна, называются пучностями стоячей волны, а точки, в которых амплитуда колебаний равна нулю, называются узлами стоячей волны. Расстояние между соседними узлами или пучностями называют длиной стоячей волны [pic]. Она равна половине длины волны ( интерферирующих встречных бегущих волн: [pic]
Явлениерезонанса, при котором возникает стоячая волна с максимальной амплитудой, наблюдается при совпадении частоты излучения источника звуковой волны и собственной частоты колебаний резонатора. В этом случае, длина резонатора Ln, в котором устанавливается стоячая волна, равна целому числу длин стоячих волн или полуцелому числу длин звуковых волн, излучаемых источником:
[pic], n = 1, 2, 3,.. (1.4)
чтопозволяет определить длину звуковой волны [pic].
Явление резонанса резко выражено в том случае, если затухание колебаний в волне мало. В используемом в работе резонаторе затухание колебаний обусловлено неполным отражением звуковых волн от торца (поршня) резонатора за счет их частичного поглощения и потерями на излучение волн из резонатора в...
tracking img