Теория метода и описание установки

Цель данной работы заключается в определении скорости распространения звука в воздухе. Звуком называются упругие колебания, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах, и воспринимаемые человеческим ухом. Нижней границей частоты звука является частота 16-20 Гц, верхней – 16000 -20000 Гц. Волны с частотами ниже 16 Гц называются инфразвуком, выше 20000 Гц – ультразвуком. Так как звуковые волны в воздухе – это продольные волны, то скорость их распространения определяется формулой (3). Опытно можно определить скорость звука по методу Квинке, или методу стоячей волны.

Для осуществления эксперимента применяется прибор, изображенный на рисунке.

Если поместить звучащий камертон у открытогоконца трубки с водой, то колебания камертона передаются частицами воздуха, прилегающим к поверхности камертона, а затем соседним частицам, распространяясь вдоль всего столба воздуха с той же частотой, что и колебания камертона. Рассматривая мгновенную картину колебаний ножки камертона, увидим, что при движении ножки в какую-либо сторону перед ней образуется сжатие воздуха и, следовательно, повышенное давление, а позади нее – разрежение воздуха и пониженное давление. Эти колебания плотности воздуха распространяются в пространстве с определенной скоростью, образуя продольную звуковую волну. Частицы воздуха, прилегающие к камертону, колеблются по закону . Точка, находящаяся на расстоянии от камертона, будет совершать такое же движение с отставанием по времени на величину : . Когда бегущая волна достигает поверхности воды, то происходит отражение волны. Отраженная волна проходит от камертона до поверхности воды и обратно до точки путь , где - длина воздушного столба: . Наложение волн даст стоячую волну: . В узлах амплитуда равна нулю: . Первый узел образуется при , , т.е. на поверхности воды. Координаты пучностей определяются из условия: . Первая пучность образуется при , т.е. на расстоянии от поверхности воды. Расстояние между соседними пучностями или соседними узлами определяется по формуле (4). Зная расстояние между соседними пучностями или узлами, а также частоту звуковой волны , равную частоте камертона, можно определить скорость звука по формуле (5).