Концепцията на вълните - studopediya

Lab № 5

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА скоростта на звука във въздуха, като стояща вълна

запознаване с основните характеристики на процесите на вълна;

да проучи условията за образование и най-вече на постоянния вълна;

определяне на скоростта на звука във въздуха, методът на стояща вълна;

определи за изобарно специфично съотношение на топлина на въздуха да изохорен.

Wave може да се определи като смущение. посадъчен в пространството. Еластичната среда под смущение разбират периодично различна деформация генерирани чрез периодично сила. Количеството на пространство, в което тези колебания се случи, се увеличават с времето. При разглеждане на разпространение на вълните в твърди вещества обикновено се отклонява от молекулната структура на тези органи и тялото третирани като непрекъсната среда, непрекъснато разпределени в пространството. Съгласно средни частици, които изпълняват принудително вибрации, реализира малък обем елемент на средата, размерите на които, в същото време, много пъти по-големи междумолекулни разстояния. Благодарение на действието на еластична деформация на силите се разпределя в среда с определена скорост, наречена скоростта вълна.

Забележка 1 По принцип не е необходимо присъствието на еластичните свойства в среда за разпространение на вълните. Например, електромагнитни и гравитационни вълни се разпространяват във вакуум. Следователно, в областта на физиката на п и л и т е смущения в пространството, простиращо състояние на материята или област. С вълнение в разбере отклонението на физически количества от своите равновесни състояния.

Газовата среда вълни се редуват региони на по-високо и по-ниско налягане и плътност, се движи в пространството, с течение на времето. Под влияние на промяната на тъпанчето на налягането се извършва принудени трептения, които през по-скоро сложна система от слуховия апарат причинят токовете действие, вливащи се в мозъка.

Важно е да се отбележи, че частиците не са привлечени от движещ се вълна. Скоростта на тяхната колебателно движение, различна от скоростта на вълната. Траекторията на частицата е затворена крива и тяхната деформация за период, равен на нула. Следователно, размножаване не причинява материала за прехвърляне, въпреки че енергията се пренася от източника на вибрации към околността.

В зависимост от посоката, в която вибрации срещащи частици, да кажем около надлъжна или напречни вълни.

Те призоваха надлъжни вълни. ако преместването на средни частиците е по посока на вълната (например, с периодично компресия или напрежение еластичен тънък прът по оста). Надлъжни вълни се разпространяват в среда, в която еластичните сили са под компресия или напрежение (т.е.. Е. В твърди, течни и газообразни).

Когато частиците осцилира в посока, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, вълната се нарича напречно. Те се простират само в среда, в която е възможно еластичната деформация на срязване (само твърди вещества). Освен това напречните вълни се разпространяват до свободната повърхност на течността (например вълни върху повърхностните води), или на границата на две несъвместими течности (например, на границата между прясна и солена вода).

Теорията на еластична деформация дава формулите за изчисляване на скоростта на разпространение на напречните и надлъжни вълни в еластична среда.

Скоростта на разпространение на надлъжната вълна

където Е - модул на среда (среда модул) Янг; # 961; - плътност на средата.

Забележка 2 Скоростта на разпространение на надлъжната вълна има измерение - м / сек, т.е., времето трябва да присъства. Ние ще демонстрира това по-подробни изчисления.

по време на # 916; т когато скоростта на разпространение об компресия или депресия ще разшири на разстояние L = о # 903; # 916; т. Всеки един от регионите (# 916; м) ще се движат със скорост от втория закон на динамиката, на инерция силата, действаща върху крайната извън слой е равен на размера на промяната на обема на трафика # 916; V, в непосредствена близост до (края прът) на трептене източник. Ако означим плътността на въздуха чрез # 961;, а след това дойде на масата в движение, ще бъде равна на # 961; # 903; на S # 903; л, както и промяната на инерция - # 961; # 903; на S # 903; л # 903; ф. Тогава ние получаваме следното уравнение:

Разделяне двете страни на това уравнение от S # 903; # 916; т, получаване. умножаване на числителя и знаменателя на дясната страна на тази връзка в л, ние можем да напишете:

Съотношението на сила F към зона S, в този случай се нарича щам. Според закона на Хук, стрес е пряко пропорционално на удължение. а именно:

Константата на пропорционалност Е, равна на напрежението, което ще доведе до увеличаване на дължината на половина, наречен модула на еластичност или модул на Янг. Очевидно е, че заместване в предишната формула, получаваме:

Или, като компресията при движение (или подналягане) ще бъде равна на

. това е, което искахме да докажем.

Скоростта на напречна вълна размножаване на

където G - срязване на модула.

Звуковите вълни във въздуха са надлъжни. За течности и газове, вместо модул на Янг от формула (1) включва съотношение на отклонение на налягането # 916; # 929; с относителна промяна в обема

знак минус означава, че увеличаването на налягането (компресия процес среда) съответства на намаляване на обема и обратно. обем Polagayaizmeneniya и налягане безкрайно малко, можем да пиша

Както вълни се разпространяват в налягането на газа и плътността се увеличава периодично и понижава (съответно, при компресия и вакуум), което води до промяна в различни части на температурата на средата. Компресиране и депресия се случи толкова бързо, че прилежащите площи нямат време да обменят енергия. Процесите, които протичат в системата без топлообмен с околната среда, наречени адиабатно. В адиабатен процес описан актуализация състояние на уравнение на газ Поасон:

параметър # 947; нарича адиабатно индекс. Това е съотношението на моларното топлина капацитета на газ при постоянно налягане и постоянен обем Cp Cv:

Разнообразяване (5), ние получаваме. което означава:

Заместването (6) в (4) получаваме модула газ

Заместването (7) в (1) намираме скоростта на еластични вълни в газове:

От уравнение Менделеев-Клапейрон уравнение може да се изрази в плътността на газа:

където - моларната маса.

Заместването (9) в (8) дава крайния израз за намиране на скоростта на звука в газа:

където R - е универсален газ константа, Т - температура на газа.

Измерване на скоростта на звука - един от най-точните методи за определяне на адиабатно индекса.

Пренареждане формула (10), ние получаваме:

По този начин, за определяне на адиабатно индекса е достатъчно да се измери температурата на газа и скоростта на звука размножаване.