Устройство и принцип работы установки

Определение скорости звуковой волны проводиться на установке представленной на рис. 3, состоящей из генератора звуковых колебаний (ГЗ), телефона (Т) и стеклянного цилиндрического сосуда с краном (К). Если к отверстию сосуда поднести источник звука - телефон, то в столбе воздуха, находящегося в сосуде возникнут колебания с частотой, создаваемой источником звука. Звуковая волна от телефона и волна, отраженная от поверхности воды складываются, образуя стоячую волну в столбе воздуха над водой (рис. 4).

Рис. 3. Рис. 4.

Если уровень воды (расстояние у₁, или у₂, или у₃ и т.д.) таков, что возникают стоячие волны с узлом на поверхности воды и пучностью у открытого конца сосуда, то интенсивность звука, идущего в пространстве, максимальна. При понижении уровня воды в цилиндрическом сосуде, например с уровня у₁, звук ослабляется, а при достижении уровня у₂ вновь усиливается и т.д. Таким образом звук вновь усиливается, когда уровень воды смещается на расстояние Δу = λ/2 = λ_ст. В этом случае вновь у верхнего конца сосуда образуется пучность, а на поверхности воды – узел.

Длина звуковой волны и скорость звука определяются по формулам:

λ= 2 λ_ст = 2 Δу_ср и υ = λν = 2 Δу_срν, (1, 2)

где ν – задаваемая генератором частота звуковых волн.

Вопросы для самоконтроля

1. Механические волны.

2. Основные виды механических волн.

3. Уравнение плоской волны. Фаза волны. Фронт волны. Скорость волны. Длина волны.

4. При каких условиях возникают стоячие волны? Что такое узлы и пучности стоячей волны? Чему равно расстояние между ними?

5. Поток энергии волн. Вектор Умова.

6. Ударные волны.

7. Эффект Доплера и его использование для медико-биологических исследований.

Приборы и принадлежности:

Звуковой генератор, телефон, стеклянный циллиндрический сосуд с регулируемым уровнем жидкости.

Схема работы: