ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Звуковые волны в воздухе представляют собой последовательные сгущения и разряжения частиц воздуха, Т.е. они являются продольными волнами. Частоты их лежат в пределах восприятия человеческого уха.

Звуковая волна, как и любая волна, распространяющаяся в какой-либо среде, дойдя до границы раздела с другой средой, частично отражается в первую среду( отраженная волна) и частично проходит во вторую среду.

Если вторая среда акустически более плотная, чем первая , то при отражении фаза волны смещения частиц изменяется на обратную, если же вторая среда акустически менее плотная, то волна смещения частиц своей фазы не изменяет.

Длина волны, т.е. расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одной фазе, при отражении не изменяется. Амплитуда колебаний, т.е. наибольшее смещение частиц от положения равновесия, в отраженной волне уменьшается.

При интерференции (сложении) прямой и отраженной волн возникают участки, где колебания могут происходить с наибольшей амплитудой (пучности), и участки, где колебательное движение отсутствует (узлы), т.е. образуются стоячие волны. Для того, чтобы амплитуды колебаний частиц в пучностях были максимальными, необходимо волнам, образующим стоячую волну, приходить в пучность в одинаковой фазе. В этом случае наблюдается резкое усиление звука, так как резко увеличивается амплитуда колебания звуковой волны. Это явление называется АКУСТИЧЕСКИМ РЕЗОНАНСОМ.

В экспериментальной установке, состоящей из звукового генератора ЗГ с телефоном Т, трубки О, в которой образуются стоячие волны, и подвижного поршня П, звуковые волны распространяются только вдоль трубки.

Стоячие волны образуются: 1). Из прямой волны, идущей от телефона к поршню;

2) из отраженной от поршня волны, фаза которой изменилась на обратную, так как отражение происходит от среды акустически более плотной, причем амплитуда ее меньше амплитуды прямой волны, а длина волны не изменилась;

3) из этой же отраженной волны, но уже отраженной от открытого конца трубки.

Фаза последней волны не изменяется, так как воздух вне трубки акустически менее плотен, чем внутри трубки ( частицы воздуха внутри трубки могут смещаться только вдоль оси трубки, а частицы воздуха в открытом пространстве могут смещаться во все стороны. Амплитуда этой волны еще уменьшилась по сравнению с прямой волной, а длина волны опять не изменилась. Повторным отражением волны от поршня можно пренебречь, так как амплитуда ее ничтожно мала.

Для наблюдения акустического резонанса надо, как сказано выше, чтобы все эти волны находились в одинаковой фазе. Возможно это только тогда, когда расстояние от начала трубки до поршня равно нечетному числу четвертей длин звуковой волны , т.е. , где -любое целое число. При этом у открытого конца трубки будет пучность волны смещения и наблюдается резкое усиление звука. Если же указанное соотношение не выполняется, то амплитуда колебаний в пучностях не наибольшая, хотя звук и слышен, но не очень громкий (на рис. –нижний).

Если постепенно отодвигать поршень от телефона, то будет последовательно слышно усиление и ослабление звука, т.е. будут образовываться стоячие волны, причем у поршня всегда будет узел, а у открытого конца трубки - пучность.

На рисунке показано образование стоячей волны. Условное обозначение: Т- открытый конец трубки, П- поршень, а- амплитуда стоячей волны. Направление прямой волны показано сплошной линией, отраженной от поршня –штрих-пунктирной линией, отраженной от открытого конца трубки- пунктирной линией и результирующей стоячей волны- сплошной линией с крестиками.

Находя из опыта расстояние между двумя пучностями стоячей волны, можно найти длину звуковой волны , так как расстояние между двумя ближайшими пучностями , т.е. (1).

Зная длину волны и частоту , которая указана на звуковом генераторе, можно определить скорость распространения звуковой волны в воздухе по формуле:

(2).

Поиск по сайту: