Дослідна установка і методика вимірів

Загальний вигляд приладу показаний на рисунку 2. Прилад складається з звукового генератора 2, штатива з зажимом для металевих стержнів 8 і двох радіонавушників для збудження 5 і прийому 4 повздовжніх коливань, а також осцилографа.

Рис. 2.

Досліджуваний металевий стержень закріплюють у штативі з зажимом 8 точно на середині у відповідності з міткою, що є на стержні. Закріплення стержня з відхилом від своєї середини більш ніж на 1 мм суттєво впливає на результати вимірів. При закріпленні стержня потрібно також слідкувати за тим, щоб його лівий і правий кінці були розташовані навпроти джерела 5 і приймача коливань 4.

Макрометричні гвинти 5′ і 4′ жорстко з’єднані з джерелом і приймачем коливань. За допомогою цих гвинтів джерело і приймач коливань наближають до відповідних кінців стержня, і за допомогою щупа встановлюють повітряний зазір приблизно 0,1-0,2 мм.

На котушку джерела коливань подається змінна напруга зі звукового генератора. При цьому на торець стержня буде діяти притягуюча сила, що періодично змінюється. Частота дії цієї сили буде дорівнювати частоті, що задається генератором, і тоді у стержні виникнуть повздовжні хвилі тієї ж частоти. Якщо стержень зроблено з немагнітного матеріалу, тоді для збудження у ньому повздовжніх хвиль до його кінців слід прикріпити тонкі пластинки з м’якого заліза.

Права електромагнітна котушка застосовується для перетворення звукових коливань у електричні. При коливаннях стержня у котушці виникає змінна е.р.с. Змінна напруга, що виникає у котушці, подається на клеми “вхід вертикального підсилення” або “вхід У” на екрані осцилографа.

Поступово змінюючи частоту коливань, що подається від генератора на джерело коливань, можна добитися резонансу, тобто співпадання частоти збуджуваних у стержні коливань з однією із власних частот коливань стержня. При цьому помітно зростає амплітуда коливань стержня. При цьому помітно зростає амплітуда коливань, що і спостерігається на екрані осцилографа.

Для визначення резонансної частоти коливань потрібно, спостерігаючи за екраном осцилографа, повільно обертати ручку звукового генератора до тих пір, поки амплітуда коливань на екрані осцилографа помітно не збільшиться.

Для побудови резонансної кривої, крім резонансної амплітуди, потрібно визначити ще не менш трьох точок значень амплітуди при частотах, дещо менших за резонансну, і не менш трьох значень амплітуди при частотах, дещо більших за резонансну.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти довжину стержнів l.

2. З’єднати екранованим провідником вихід електронного блоку (задня панель установки клеми “У” і “^” з відповідними клемами на передній панелі вольтметра).

3. Встановити стержень у гніздо затискача установки і наблизити датчики до стержня якомога ближче (але не затискати).

4. Ввімкнути в електричну мережу (220 V) установку і вольтметр. Дати приладам прогрітися (до 1 хвилини).

5. На передній панелі установки натиснути кнопку “метал”.

6. Обертаючи ручку “частота” на передній панелі установки, знайти резонансну частоту.

Резонансна частота зумовлює значне збільшення амплітуди коливань. Збільшення амплітуди коливань спостерігають на екрані вольтметра. Числове значення резонансної частоти висвічується на передній панелі звукового генератора (установки).

7. Отримані результати занести до таблиці 1.

8. Обрахувати швидкість поширення звуку в металі за формулою

=2l n_рез.

9. Обрахувати модуль Юнга для металу за формулою .

Таблиця 1.

Матеріал	№ п/п	l, м	Dl, м	nрез	Dnрез	V, м/с	DV, м/с	r, кг/м^3	Dr, кг/м^3	E, Н/м^2	DE, Н/м^2
сталь	серед
алюміній	серед
латунь	серед

10. Обрахувати похибки вимірювань (абсолютну, відносну, квадратичну).

11. Записати кінцевий результат вимірів.

12. Побудувати резонансну криву для кожного стержня.

Контрольні запитання

1. Чим пояснюється розбіжність повздовжніх і поперечних звукових хвиль в металевому стержні?

2. Чим пояснюється розбіжність в резонансних кривих, побудованих для кожного стержня?

3. Що таке основний тон і обертон? Яка між ними різниця?

4. Як впливає спосіб закріплення стержня на довжину власних повздовжніх хвиль? Які методи закріплень Ви знаєте?

література

1. Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч. посібник / В.М.Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін..; За заг. ред. І.Т. Горбачука. – К.: Вища шк., 1992. – 509с.

2. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. Т.1. – К.: Техніка, 1999. – 532с.

3. Практикум по общей физике /Под ред. Проф. В.Ф. Ноздрева. – М.: Просвещение, 1971. – 312с.

додаток

Деякі характеристики металевих стержнів

Матеріал	Резонансна частота nрез, Гц	Швидкість звуку, V, м/с	Густина, r, кг/м^3	Модуль Юнга E, Н/м^2
сталь	8000-12000	5500-6500	7700-8000	20-22 10^10
алюміній	9000-12000	5700-6500	2670-2700	6,7-7,4 10^10
латунь	7000-10000	4000-5000	8300-8700	7,8-9,8 10^10

Дата добавления: 2015-11-30