Лабораторная установка и методика проведения эксперимента

Установка представляет собой металлическую полую трубу, в которой вдоль ее оси реализуется распространение прямой и обратной продольной упругой волны фактически в среде воздуха при нормальных условиях (температура комнатная, давление то, которое существует в лаборатории)

Звуковые колебания в трубе возбуждаются с левой стороны трубы излучателем, в качестве которого используется звуковая головка из трубки рядового стационарного телефонного аппарата. Колебания улавливаются микрофоном или непосредственно на слух с наружи. Мембрана излучателя приводится в колебательное движение переменным током звуковой частоты, причем в качестве источника переменной э.д.с для создания этого тока используется генератор электрических колебаний, амплитуду и частоту которых можно устанавливать различными по требованию преподавателя. С правой стороны трубы расположен перемещаемый вдоль оси отражающий звук поршень, причем его перемещение регистрируется на шкале в см. и мм. Звуковая волна, распространяющаяся вдоль оси трубы, испытывает многократные отражения от торцов. Звуковые колебания в трубе являются наложением прямых и отраженных волн и, в общем случае их картина не является регулярной. Эта картина сильно упрощается, если длина трубы равна целому числу длин полуволн, т. е. когда

, (8)

где l - длина звуковой волны в трубе, а n - некоторое целое число. Записанное здесь условие соответствует условиям образования в трубе т.н. режима стоячей волны. При этом волна, отраженная от заднего торца трубы и вернувшаяся к его началу и вновь отраженная, совпадает по фазе с падающей. Точно также совпадают по фазе волны, распространяющиеся от заднего торца к переднему после первого отражения от заднего торца, после второго отражения и после всех последующих отражений. Совпадающие по фазе волны усиливают друг друга. Амплитуда звуковых колебаний при этом возрастает – наступает резонанс.

Скорость звука v связана с его частотой n и длиной волны l соотношением

. (9)

Подбор условий, при которых возникает резонанс можно производить в принципе двумя способами:

1). При неизменной частоте звукового генератора (а следовательно, и длине звуковой волны) можно изменять длину столба воздуха внутри трубы при помощи подвижного поршня.

2). При постоянной длине воздушного столба в трубе можно плавно менять частоту звукового генератора.

В данной лабораторной работе резонанс осуществляется как мы видим именно первым способом, причем таких резонансов несколько.