Определение скорости звука и показателя адиабаты для воздуха методом резонанса

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА И ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ДЛЯ ВОЗДУХА МЕТОДОМ РЕЗОНАНСА

Методические указания к лабораторному занятию по дисциплине

«Механика и молекулярная физика»

(для студентов 1 курса всех специальностей КазНТУ)

Алматы 2013

Лабораторная работа 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА И ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ДЛЯ ВОЗДУХА МЕТОДОМ РЕЗОНАНСА

Введение. Целью работы является ознакомление с явлением стоячей волны условием акустического резонанса, определение скорости звука волны в газовой среде и определение адиабаты.

Считая, что сжатия и разрежения в звуковой волне происходят адиабатно, можно получить следующее выражение для скорости звуковой волны в газовой среде

, (9.1)

где — показатель адиабаты, R — универсальная газовая постоянная, Т — температура газа, — молярная масса газа. Откуда показатель адиабаты определяется по формуле

. (9.2)

Рис.9.1

Приборы и принадлежности: установка для измерения скорости звука, электронный осциллограф (ОЭ), генератор сигналов низкой частоты (ЗП). Установка для измерения скорости звука (рисунок 1) состоит из трубки, на одном конце которой укреплен источник звука (телефон ), мембрана которого приводится в движение переменным током звуковой частоты от генератора звуковых колебаний (ЗП). Колебания возникшие в трубке, воспринимаются микрофоном М, электрический сигнал с которого поступает на электронный осциллограф ОЭ.

Звуковые колебания возбуждаются мембраной телефона (), распространяются вдоль трубки и отражаются от поршня (). При определенных значениях длины воздушного столба () амплитуда установившегося результирующего колебания резко возрастает. Это явление называется акустическим резонансом. Условие резонанса может быть записано в виде

(9.3)

где - длина столба воздуха, - длина звуковой волны, m- число повторений резонанса.

Условие физически можно объяснить следующим образом. При отражении от поршня на нем образуется узел стоячей волны. Расстояния между соседними узлами должны быть равными (). Следовательно, при выполнении условия резонанса на нижнем конце трубки также будет узел. При отражении от фаза волны изменяется на . Затем волна идет обратно к и снова отражается с изменением фазы на . В результате вторично отраженная волна находится в фазе с падающей и они усиливают друг друга.

Если изменить расстояние от телефона до поршня на , то полученный столб также будет резонировать. Плавно изменяя положение поршня вдоль всей шкалы прибора, можно отметить несколько его положений, при которых наблюдается резонанс.

Определение скорости распространения звука в воздухе и определение показателя адиабаты.