16233

Определение логарифмического декремента затухания физического маятника

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №2. Тема: Определение логарифмического декремента затухания физического маятника. Краткая теория Звуковые волны представляют собой последовательные сжатия и разряжения среды т. е. упругие волны частоты которых лежат в пределах от 20 до20000 Г...

Русский

2013-06-20

77 KB

16 чел.

Лабораторная работа №2.

Тема: Определение логарифмического декремента затухания физического маятника.

Краткая теория

Звуковые волны представляют собой  последовательные сжатия и разряжения среды, т. е. упругие волны, частоты которых лежат в пределах от 20 до20000 Гц. Появление звука всегда обусловлено колебаниями какого-либо тела. Распространение звука в газах осуществляется продольными волнами. Смещение частиц газа в плоской волне от положения равновесия x и времени t описывается уравнением  волны, имеющим вид (1). скорость  распространения звука  в  газе  задается выражением (2).Уравнение волны (1) относится к бегущей волне. Если в среде распространяется одновременно  несколько волн, то результирующий  волновой  процесс  есть суперпозиция этих волн. В работе рассматривается сложение звуковых волн в цилиндрической трубе длинной L, закрытой с одного конца (x=1) и открытой в атмосферу с другого (x=0).В результате отражения волны от обоих концов трубы возникают две бегущие волны, распространяющиеся навстречу друг другу и имеющие одинаковую частоту. Возникающий в трубе при сложении волн процесс называется стоячей волной (3).На концах трубы должны выполняться естественные физические условия, которые помогут определить константы в уравнении (3).На закрытом конце – это непроницаемость среды (4).На открытом конце  избыточное( над атмосферным ) давление равно нулю (5). После подстановки (3) в условие (5), уравнение стоячей волны в трубе приобретает вид (6). Возникающие в трубе стоячие волны имеют циклические частоты равные (7) ,эти частоты называются собственными частотами колебаний, а соответствующие им стоячие  волны (8) носят название собственных колебаний столба воздуха в трубе. На рисунке 1изображены формы полученных стоячих волн смещения с амплитудой(2аcos(п/v). На длине воздушного столба (длина трубы)  укладывается нечетное число четвертей длин волн. Есть точки, в которых амплитуда стоячей волны максимальна (9).Это пучности смещений частиц в стоячей волны –точки, где амплитуда равна нулю (10).

У закрытого  торца трубы  образуются узлы смещения ,скорости и пучность давления; у откры-

того конца - пучность смещения, скорости и узел давления. Колебания столба воздуха в трубе возбуждаются динамиком, расположенным у открытого конца. Если частота колебаний мембраны совпадает с одной из собственных частот (явление акустического резонанса), то в трубе устанавливаются стоячие звуковые волны. На этих частотах амплитуда колебаний столба воздуха в трубе будет максимальна. На рисунке  2  показан  прибор с  помощью  которого  производится  опыт. Прибор состоит из стеклянной трубки с боковым  отростком, ведущим к микрофону, и поршнем. Под трубкой помещена  шкала, по которой определяется положение поршня. Источником звука служит звуковой генератор. Микрофон предназначен для прео-

бразования акустических колебаний в электрические, которые регистрируются осциллографом.

                           

                 (x)

   

                                                                                   x

                                                                              

                                               L 

       Рисунок1

 Рисунок2               

                Осциллограф                                                       Генератор

                  

                          Трубка                                         Поршень   

(1)  ,где    ,

(2) 

(3) 

(4) 

(5) 

(6) 

(7)      n=0,1,2……….

(8) 

(9) 

(10) 

(11)      /2=L2L1

                                Частоты.

     600 Гц                   1000 Гц                       1200 Гц          

L1            L2                L1                L2                 L1                  L2           

10,5      38,5          2,5          19,5           4,3            18,2          

10,0       38,3          2,5          19,8            3,5          17,9          

9,6       38,6          2,4          19,3           3,8            18,3         

9,8       38,0          2,5          19,5           4,2            18,5           

10,2      39,0          2,2         19,3           4,4            18,1              

            <L>                         <L>                            <L>      

10,0       38,5         2,4            19,5         4,0           18,2        

9) Вычисление  погрешностей(средней квадратичной ,результата измерений и относительной)        

  ; S=; ΔL=;;

a) 600 Гц.

Для L1: Sn=0,35;S=0,16;ΔL=0,18;=0,018

Для L2: Sn=0,27;S=0,12;ΔL=0,16; =0,004

b) 1000 Гц.

Для L1: Sn=0,13;S=0,06;ΔL=0,11;=0,045

Для L2: Sn=0,2;S=0,09;ΔL=0,13;=0,006

c) 1200 Гц.

Для L1: Sn=0,39;S=0,33;ΔL=0,33;=0,083

Для L2: Sn=0,22;S=0,1;ΔL=0,14;=0,007

2)Вычисление длины волны по формуле (11) для каждой из частот.

a) 600 Гц : =0,570

b) 1000 Гц : =0,342

c) 1200 Гц : =0,284

3)Определение практической скорости звука  по формуле (2) для каждой из частот .

a) 600 Гц : V=344,6

b) 1000 Гц : V=343,6

c) 1200 Гц : V=344,4

4)Вычисление средней скорости звука .

;<V>=344,1

Частота                  600 Гц                1000 Гц                    1200 Гц           

Длина волны           0,570                     0,342                       0,284

Скорость                344,6                    343,6                       344,4      

  звука

5)Вычисление теоретической скорости звука .

                                                                       V=343

6)Вычисление  погрешностей для скорости.

Sn=0,7;S=0,3

=0,2

Вывод: В этой лабораторной работе мы определяли скорость звука с помощью трубки со стержнем, осциллографа и генератора. Проведя опыты с разными частотами, посчитав длину волны и скорости звука (теоретическую и практическую) увидели, что они почти совпадает.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19196. Отраженные и вторичные электроны электрон-электронной эмиссии. Энергетический спектр и угловые характеристики 154 KB
  Лекция 8 Отраженные и вторичные электроны электронэлектронной эмиссии. Энергетический спектр и угловые характеристики. Расчет удельных потерь энергии и траекторного пробега. В методах элементного и структурного анализа обычно используются электронные пучки с энерг...
19197. Сечение ударной электронной ионизации. Оже-электроны. Систематика Оже-переходов. Переходы Костера-Кронига 214.5 KB
  Лекция 9 Сечение ударной электронной ионизации. Ожеэлектроны. Систематика Ожепереходов. Переходы КостераКронига. Излучательные переходы. Классификация линий характеристического рентгеновского излучения. Вероятности рентгеновской флуоресценции и Ожепереходов. П
19198. Взаимодействие рентгеновского излучения с твердым телом (фотоэффект, эффект Комптона) 353 KB
  Лекция 10 Взаимодействие рентгеновского излучения с твердым телом фотоэффект эффект Комптона. Сечение фотоэффекта и его связь с линейным коэффициентом поглощения рентгеновского излучения. Расчет массового коэффициента поглощения для полиатомных образцов. Полезно
19199. Характеристики электронных пучков. Источники ускоренных электронов. Термоэмиссионные и автоэмиссионные катоды и их характеристики 141 KB
  Лекция 11 Характеристики электронных пучков. Источники ускоренных электронов. Термоэмиссионные и автоэмиссионные катоды и их характеристики. Основные узлы и характеристики электронной пушки. Электронные пучки принято разбивать на два класса: Электронные пучки ...
19200. Параметры ионных источников. Конструктивные элементы ионных источников. Дуоплазматрон и ионный источник Пеннинга 113.5 KB
  Лекция 12 Параметры ионных источников. Конструктивные элементы ионных источников. Дуоплазматрон и ионный источник Пеннинга. Ионный источник – устройство для получения в вакууме ионного пучка – пространственно сформированного потока ионов скорость направленного дви...
19201. Магнитные масс-анализаторы. Понятие разрешения по массам. Квадрупольные масс-анализаторы 155.5 KB
  Лекция 13 Магнитные массанализаторы. Понятие разрешения по массам. Квадрупольные массанализаторы. Для выделения из ионного пучка ионов нужной массы используются массанализаторы массспектрометры. Наиболее часто в установках элементного анализа применяются магнит...
19202. Основные понятия вакуумной техники. Длина свободного пробега ионов при различных давлениях 71 KB
  Лекция 14 Основные понятия вакуумной техники. Длина свободного пробега ионов при различных давлениях. Адсорбция остаточных газов на поверхности образца. Методы очистки поверхности. Состояние разреженного газа при давлении ниже атмосферного принято называть вакуумом....
19203. Детекторы заряженных частиц – канальные электронные умножители и микроканальные пластины. Поверхностно-барьерный детектор 128.5 KB
  Лекция 15 Детекторы заряженных частиц – канальные электронные умножители и микроканальные пластины. Поверхностнобарьерный детектор. Твердотельный рентгеновский спектрометр. В настоящее время наиболее распространенными детекторами заряженных частиц являются канал...
19204. Основные понятия вакуумной техники. Длина свободного пробега ионов при различных давлениях. Адсорбция остаточных газов на поверхности образца 123 KB
  Лекция 16 Основные понятия вакуумной техники. Длина свободного пробега ионов при различных давлениях. Адсорбция остаточных газов на поверхности образца. Методы очистки поверхности. Состояние разреженного газа при давлении ниже атмосферного принято называть вакуумом....