Определяне на скоростта на звука във въздуха и адиабатно индекс на въздуха от постоянна вълна

Цел: да се изследва еластичните и термични свойства на въздух.

Хардуер: тръба с подвижна стена в единия край, звуков генератор, електронен осцилоскоп термометър.

Скоростта на разпространение на звукови вълни в средата се определя основно от еластичните свойства на средата. Газове имат само еластичност обем. Затова само надлъжни вълни могат да се разпространяват в която променливо поле на кондензация и разреждане на газа. Скоростта на звука. в общия случай се дава от

където Р налягане в газа; - плътността на газ.

Лаплас установено, че звуковата вълна в колебанията газ случи толкова бързо, че обменът на топлина между границите на ниско налягане и кондензацията не се случи, разпространението на звука в газа - адиабатен процес. уравнение на Поасон за адиабатен процес:

където - отношението на специфични топлини; Cp - специфична топлина при постоянно налягане; Cv е специфичната топлина при постоянен обем; V - обем. Като се има предвид, че плътността е пропорционална на 1 / V. за лявата страна на разлика (2) се получава:

Следователно, скоростта на звука в газа:

От уравнението на състоянието на идеален газ под формата на:

(Където М - моларен маса на газа; R е универсален газ постоянна Т - абсолютна температура) и връзката (4) на формула за адиабатно степен:

Формула (6) се използва в лабораторията за определяне на адиабатно индекс на въздуха.

Скоростта на звука се определя от постоянния вълна. Постоянната вълна се образува, например, в позицията на две равни хармонични вълни, разпространяващи се в противоположни посоки по ос X:

където Н1, Н2 - изместване на среда частицата в първата вълна и втората вълна, съответно; A0 - амплитуда на трептене; - кръгова честота; K - брой вълна. Получената вълната е от вида:

при което - дължина на вълната на звука.

Тази постоянна вълна (1), който се характеризира както следва от формула (8), редуващи antinodes и възли. antinodes Теренните място на амплитудата на стояща вълна е максимална, в местата на възли на амплитудата на стояща вълна е равна на нула.

Разстоянието между съседни възли и между съседните antinodes същите и равни на:

По този начин, дължината на вълната на звука може да се определи от измерените стойности. скоростта на звука с. от своя страна, може да бъде изчислена по формулата

където - честотата на звукова вълна. Накрая, за акустична скоростта на вълна се получава експресия

и който се използва в лабораторията за определяне на скоростта на звука във въздуха.

Редът на изпълнение.

1. Обърнете звук генератор и осцилоскоп.

2. След затопляне устройства, инсталирани на генератора на звукова вълна и амплитудата на желаната честота на сигнала (по инструкциите на учителя).

3. Комплект за удобство на запис желаната честота осцилоскоп. Чрез преместване на подвижната стена M, за да се гарантира, че дисплея на осцилоскоп вижда ясно на максималната стойност на сигнала (antinode) и минимум сигнал (възел).

4. Измерване на координатите на всички възли и antinodes по стъклената тръба. Измерване на температурата на въздуха.

5. Изчислява се средната стойност <> разстоянието между възли и antinodes.

6. Изчислява се средната стойност на скоростта на звука, а средната стойност на адиабатно индекс на въздуха, като се използват формулите (6) и (11). Изчислете неопределеността на измерването и.

7. поведение измерването на други честоти (както е посочено от учителя), повтаряне на претенциите. 3-6.

8. За да се анализират резултатите.

За да се изследва зависимостта на скоростта на звука във въздуха на честота.

1. извлече израз за скоростта на звука в газа.

2. Защо е разпространението на звукови вълни, адиабатни?

3. С помощта стоящи вълни, е възможно да се определи скоростта на звука?

4. Тъй като позицията на възли и анти-възли са определени в тази настройка?

5. Каква е теоретичната стойност на индекса на адиабатно въздуха в резултат от класическата теория на идеалния газ?

1. DV sivukhin Най-общо за развитието на физиката. Механика. Т. I. § 85. М. науката, 1979. 519s.

3. Savelyev IV Курс на обща физика. Т. I, § 97. М. науката, 1977. 352s.

4. Savelyev IV Курс на обща физика. Т. 2. § 99. М. Science, 1978 480 процентни пункта.