ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1-12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ С ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА Студент группы Допуск Выполнение Защита Цель работы: определить качественные характеристики звука; измерить скорость распространения звука. Приборы и принадлежности: звуковой генератор, электронный осциллограф, лабораторная установка. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. Звук по своей физической сущности представляет собой волновой процесс, распространяющийся в среде в виде возмущения вещества и переносящий в различных направлениях энергию этих возмущений. Самое простое математическое описание имеет волновой процесс в форме гармонических колебаний состояния среды, распространяющихся в одном направлении. В воздухе такого рода возмущения среды представляет собой меняющиеся по гармоническому закону уплотнения и разрежения газа в направлении распространения звуковой волны. Органами слуха они воспринимаются как звук определенной громкости (интенсивности) и тона (частоты). Пусть некоторая частица O на оси Ox (рис.1) является источником возмущений, меняющихся по гармоническому закону: ξ (0, t ) = A cos(ω ⋅ t ) . (1) Эти колебания частицы в результате упругого взаимодействия тотчас передаются соседней частице, от нее – следующей частице и т.д. Этот процесс распространения взаимодействий происходит с конечной скоростью v, вследствие чего произвольная частица на оси Ox будет вовлечена в колебательное движение с запаздыванием на x время τ= ,т.е. колебания любой точки, расположенной на оси Ox с такой же фазой колебаний, что и в точке O v запишутся в виде: ⎛ ω ⎞ ξ ( x, t ) = A cos⋅ ω (t − τ ) = A cos⎜ ω ⋅ t − x⎟ . (2) ⎝ v ⎠ В таком простейшем описании волнового процесса предполагается, что потерь энергии при передаче воздействий от одной частицы к другой нет, поэтому амплитуда колебаний A всех частиц среды одинакова. Для описания волнового процесса распространение звука в воздухе заменим точечный источник колебаний на бесконечную плоскую мембрану, расположенную перпендикулярно оси Ox в ее начале. v x = const ξ = ( 0, t ) x 0
