ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. 1. Проверить правильность соединения электронного бло-ка с микрофоном, электромагнитными датчиками, громко-говорителем и осциллографом

 

1. Проверить правильность соединения электронного бло-ка с микрофоном, электромагнитными датчиками, громко-говорителем и осциллографом, а также наличие заземления установки.

Подключить установку к сети 220 В и нажать кнопку "Сеть". После этого должна загореться цифровая индикация электронного блока. Установить ручку "Выход" в среднее положение и дать электронному блоку в течение 5 – 10 ми-нут выйти на устойчивый режим работы.

2. Определить скорость звука в воздухе. Для этого на-жать кнопку "Воздух", а микрофон отодвинуть от гро-мкоговорителя примерно на 2/3 полного размаха шкалы. Ручками грубой и плавной регулировки частоты генератора электронного блока установить на индикаторной панели не-которую частоту, например 1 кГц. При этом должен быть слышен звук работающего громкоговорителя.

Установить осциллограф в положение "Развертка" и руч-кой "Выход" электронного блока, а также регулировкой усилителей каналов осциллографа, добиться равенства на экране осциллографа амплитуд синусоид, снимаемых с клемм X и Y электронного блока.

Переключить осциллограф в режим работы "Фазовая плос-кость" и переместить в центр экрана образующуюся фигуру Лиссажу.

Плавным перемещением микрофона вдоль волновода ус-тановить фигуры Лиссажу, соответствующие фазам (прямая линия, расположенная под углом около к оси X) и (возвращение после перехода фигур Лиссажу через формы эллипс, круг, эллипс к исходному состоянию).

Измерить разность расстояний () между микрофоном и громкоговорителем для обеих фаз. Результаты измерений занести в таблицу 2 и по формуле (8.13) рассчитать экс-периментальное значение скорости звука в воздухе.

 

Таблица 2

№ пп	, Гц	, м	, м·с
…
n
Среднее значение скорости,
Среднеквадратическое отклонение,
Доверительный интервал,

 

3. Изменяя частоту генератора с интервалом 0,5 – 1 кГц в пределах от 1 до 5 кГц, выполнить 5 – 10 измерений ско-рости звука в воздухе в соответствии с порядком, изложен-ным в п.2. Результаты измерений занести в таблицу 2.

4. Вычислить по данным таблицы 2 следующие величи-ны:

Математическое ожидание скорости звука

, (8.15)

 

где – число измерений.

Среднеквадратическое отклонение:

 

. (8.16)

 

Доверительный интервал для выбранной доверительной вероятности ():

 

, (8.17)

 

где – коэффициент Стьюдента (см. Приложение 1).

5. Рассчитать по формуле (8.11) теоретическое значение скорости звука () с учетом условий проведения экспе-римента и определить относительную погрешность измере-ния среднего значения:

 

. (8.18)

 

6. Определить скорость звука в металле. Для этого на-жать кнопку "Металл". К средней части кронштейна 10 при помощи замка 8 прикрепить стержень из стали и выставить при помощи щупа зазоры порядка 0,1 – 0,3 мм между торцами стержня, датчиком 5 и приемником 4.

Ручками грубой и плавной регулировки установить час-тоту около 8500 Гц, а регулятор "Выход" повернуть в край-нее положение вправо.

Установить осциллограф в положение "Развертка" и, ре-гулируя усиление осциллографа, установить амплитуду изо-бражения сигнала порядка третьей части высоты экрана.

Регулируя величину зазоров между торцами стержня, дат-чиком и приемником, а также плавно изменяя частоту гене-ратора в сторону увеличения и уменьшения относительно установленной начальной величины, добиться резкого (при-мерно в 2 – 4 раза) увеличения амплитуды сигнала на эк-ране осциллографа. Результаты измерений занести в таб-лицу 3, аналогичную по форме таблице 2. Скорость распро-странения звука в металле определяется по формуле (8.14).

7. Повторить результаты измерений по п.6 не менее 4 – 5 раз, после чего по формулам (8.15), (8.16) и (8.17) вычис-лить статистические характеристики скорости звука в стали.

Вычислить теоретическое значение скорости звука в ста-ли по формуле (8.12) и определить относительную погреш-ность измерения среднего значения скорости по формуле (8.18).

8. Заменить стальной стержень алюминиевым, а затем латунным, повторяя в каждом случае все операции, пере-численные в пп. 6, 7, включая составление соответству-ющих таблиц 4, 5 и обработку полученных результатов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Назовите основные характеристики звуковых волн.

2. Чем отличаются продольные волны от поперечных?

3. Дайте определение фазовой скорости.

4. Дайте определение групповой скорости.

5. Напишите уравнение плоской волны.

6. Как связаны волновое число, частота и скорость вол-ны, а также длина волны?

7. В каких случаях образуется стоячая волна?

8. Дайте определение узлов стоячей волны, выведите их координаты.

9. Дайте определение пучностей, получите их координа-ты.

10. Чем определяется скорость распространения звуко-вых волн в газе?

11. Выведите волновое уравнение звуковых волн в газе.

12. Чем определяется скорость распространения колеба-ний в твердых телах?

13. Выведите волновое уравнение звуковых волн в твер-дом теле.

14. Что такое модуль Юнга?

15. Чему равен средний по времени поток энергии в лю-бом поперечном сечении стоячей волны?

16. На чем основано определение скорости звуковых волн в воздухе?

17. Как определяется расстояние между источником и при-емником звука, соответствующее фазам колебаний 0; 2p?

18. Как с помощью фигур Лиссажу определяется раз-ность фаз?

19. Как получить фигуры Лиссажу на экране осцилло-графа?

20. Расскажите о принципах работы осциллографа с по-мощью принципиальной блок-схемы.

21. Определите среднее значение скорости звука в возду-хе и абсолютную ошибку измерений.

22. Рассчитайте теоретическое значение скорости звука при данной температуре и сравните его с измеренным зна-чением.

23. Укладывается ли полученный результат в пределы ошиб-ки измерений?

24. На чем основано определение скорости звука в ме-таллических стержнях?

25. Как узнать о наступлении резонанса?

26. Рассчитайте среднее значение скорости звука в ме-талле и абсолютную ошибку для каждого материала.

27. Рассчитайте теоретические значения скоростей звука для разных материалов, используя соответствующие значе-ния модуля Юнга и сравните их с измеренными значе-ниями.

28. Лежат ли полученные в п.12 результаты в пределах оши-бок измерений?

29. Постройте график зависимости скорости звука от плот-ности материала и проанализируйте его.

30. Постройте график зависимости скорости звука от вели-чины модуля Юнга и проанализируйте его.