Экспериментальная установка и методика измерений

Рис. 9.4. Схема экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 9.4 к штативу 4 крепится кронштейн с электромагнитным вибратором 3, с помощью которого в струне 1 возбуждаются синусоидальные колебания от звукового генератора. Если нагрузить струну и включить звуковой генератор, от вибратора по струне побегут поперечные волны, которые, отражаясь от концов, образуют сложную картину колебаний. Медленно изменяя частоту звукового генератора, можно заметить, что колебания струны при некоторых частотах стабилизируются – появляются стоячие волны. При этом струна делится неподвижными узлами на несколько равных отрезков. Амплитуда колебаний отдельных точек струны не зависит от времени и определяется только их положением на струне. При изменении нагрузки картина немедленно размывается. Меняя частоту генератора, можно вновь получить стоячую волну с тем же числом узлов.

Последовательность выполнения работы

1. Влючите звуковой генератор и дайте ему прогреться в течение 5 минут. Установите частоту генератора на 0.

2. Нагрузите струну и изменением частоты генератора получите стоячие волны для нескольких значений числа пучностей n = 1, 2, 3,… при фиксированном значении нагрузки. Все измерения повторите 3–4 раза.

3. Повторите измерения по п. 2 с другими значениями нагрузки. Число различных значений нагрузки должно быть не менее пяти.

4. Изменяя частоту звукового генератора при некотором постоянном натяжении струны, получите стоячие волны, соответствующие различным n. Повторите процесс измерения не менее трех раз.

5. Проделайте измерения по п. 4 для различных значений натяжения струны (не менее пяти значений).

Обработка результатов эксперимента

1. По измерениям п. 2 постройте график зависимости от при различных натяжениях струны F. Методом наименьших квадратов найдите тангенсы угла наклона прямых к оси абсцисс и погрешность определения тангенсов.

2. Найдите линейную плотность струны по формуле

3. Найдите погрешность косвенного измерения линейной плотности струны по формуле

4. Систематическую погрешность, связанную с измерением длины струны, рассчитайте по формуле

5. Суммарную погрешность измерения линейной плотности рассчитайте по формуле

6. По измерениям п. 2 построить графики зависимости от n при различных натяжениях струны F. Методом наименьших квадратов найти тангенсы угла наклона прямых к оси абсцисс и погрешность определения тангенсов.