Колебания и Волны. Акустика

Установка "Скорость звука в воздухе"

Назначение

• Изучение явлений, связанных с распространением звуковых волн в воздушной среде;
• Определение скорости звука в воздухе на основе измерения длины бегущей волны;
• Измерение скорости звука на основе регистрации времени его распространения на определенное расстояние.

Устройство

На каркасе из металлических труб установлена звуковая труба, в которой реализуется распространение звуковой волны и обеспечивается измерение скорости звука двумя методами. Контроль параметров звуковой волны в двух точках пространства осуществляется с помощью двухканального датчика звука, имеющего два микрофона. Конструкция установки позволяет перемещать одиниз микрофонов вдоль трубы и определять его координату по специальной шкале. Источником звука служит динамик, который под ключается к USB-порту компьютера и управляется с помощью программного обеспечения.

Описание

Представление данных на экране компьютера осуществляется в виде двухканальной осциллограммы звуковых колебаний. Вид осциллограммы подстраивается изменением взаимного расположения датчиков. Необходимые интервалы времени измеряются с помощью маркеров и вносятся в таблицу. Обработка данных осуществляется как в таблице ,так и с помощью графика , что позволяет определять скорость звука в воздухе с точностью 0.3%.

Осциллограммы звуковых колебаний в двух точках трубы

Окно обработка данных.

Больше информации ->

Установка "Определение скорости звуковых волн в жидкости"

Назначение

• Изучение распространения звуковых волн;
• Определение скорости распространения ультразвуковых колебаний в воде методом резонанса.

Устройство

Лабораторная установка смонтирована в виде настольного металлического стенда и включает в себя сборку акустического резонатора, резервуар для жидкости, генератор с блоком питания и осциллограф. Конструкция установки обеспечивает контролируемое изменение длины акустического резонатора за счет перемещения одного из отражателей. Питание излучателя осуществляется от генератора синусоидального сигнала. В состав установки входит цифровой двухканальный запоминающий осциллограф с функциями вывода на экран амплитуды сигналов и частоты в цифровом виде.

Описание

Процесс измерений состоит в фиксации (вводе в таблицу на экране компьютера) координат подвижного отражения резонатора, при которых амплитуда акустических колебаний в резонаторе принимает максимальные значения. Согласно теории, это происходит каждый раз, когда длина резонатора составляет целое число полуволн. На основании данных таблицы строится график зависимости координаты от номера максимума, он аппроксимируется прямой линией, тангенс угла наклона которой позволяет с высокой точностью определить длину волны. Скорость звука в воде рассчитывается на основании длины волны и частоты сигнала, которая высвечивается на экране осциллографа.

Больше информации ->

Установка "Определение зависимости скорости звука в воде от температуры"

Назначение

• Изучение распространения звуковых волн;
• Определение скорости распространения ультразвуковых колебаний в воде методом резонанса;
• Построение зависимости скорости звука в воде от температуры.

Устройство

Лабораторная установка смонтирована в виде настольного металлического стенда и включает в себя сборку акустического резонатора с излучателем и приемником звука, резервуар для жидкости, генератор с блоком питания и осциллограф. Конструкция установки обеспечивает контролируемое изменение длины акустического резонатора и поддержание температуры в объеме резонатора на заданном уровне. Питание излучателя осуществляется от генератора синусоидального сигнала. В состав установки входит цифровой двухканальный запоминающий осциллограф с функциями вывода на экран амплитуды сигналов и частоты в цифровом виде.

Описание

Выполнение работы включает задание на экране компьютера температуры воды в резервуаре, а после ее достижения — фиксацию длин резонатора, при которых амплитуда акустических колебаний принимает максимальные значения. На основании полученных данных строится график зависимости координаты подвижного отражателя от номера максимума, он аппроксимируется прямой линией, по тангенсу угла наклона которой определяется длина волны. Скорость звука, рассчитанная на основании длины волны и частоты сигнала, вместе с температурой воды вводится в таблицу для построения графика зависимости скорости звука от температуры.

Зависимость скорости звука в воде от температуры.

Больше информации ->

Установка "Зависимость скорости звука от температуры"

Позволяет определять отношение удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме при различных температурах по измерению резонансных частот звуковых колебаний воздуха в цилиндрическом канале.

Больше информации ->

Установка "Эффект Дебая-Сирса"

ЦЕЛЬ ОПЫТА
Определение скорости ультразвуковых волн в жидкостях

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Периодические изменения плотности, вызванные стоячей ультразвуковой волной в жидкости, работают как оптическая дифракционная решетка для монохроматического параллельного луча света, который проходит в направлении, перпендикулярном направлению распространения ультразвуковой волны. По картине дифракции и известной длине волны света можно определить длину волны звука и использовать ее для расчета скорости звука в жидкости.

Больше информации ->

Установка "Распространение звука в твердых телах"

ЦЕЛЬ ОПЫТА
Определение скоростей звука, распространяющегося в виде продольных и поперечных волн в твердых телах

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
В твердых телах звук распространяется в виде продольных и поперечных волн. Однако имеется существенная разница в скорости двух этих типов звуковых волн, поскольку продольные звуковые волны определяются модулем упругости твердого тела, а поперечные звуковые волны зависят от модуля сдвига твердого тела. Измерив скорость этих двух типов волн, можно определить модуль упругости твердого тела.

Больше информации ->

Установка "Стоячие волны в трубке Кундта и определение скорости звука"

ЦЕЛЬ ОПЫТА
Возбуждение и измерение стоячих звуковых волн в трубке Кундта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Звуковые волны в газах являются продольными. Групповая скорость волны равна фазовой скорости. В этом опыте в трубке Кундта, закрытой с обоих концов, возбуждается стоячая волна. Измеряется зависимость основной частоты от длины трубки, а также измеряются частоты основных колебаний и обертона для фиксированной длины трубки.

Больше информации ->

Установка "Собственные колебания струны" (ФПВ-04)

Установка предназначена для изучения колебания гибкой однородной струны. Установка позволяет исследовать стоячие волны, определить частоту собственных колебаний струны, фазовую скорость волны.

Принцип действия установки основан на возникновении сил, которые действуют на струну (проводник) с током в постоянном магнитном поле.

Установка выполнена в настольном исполнении и состоит из механизма крепления и натяжения струны и измерительного устройства.

Механизм крепления и натяжения струны состоит из основы, на которой закреплены постоянные магниты, между полюсами которых натянута струна, и механизма натяжения струны. Сила натяжения струны измеряется с помощью встроенного динамометра. Для улучшения видимости колебаний струны использована лампа подсвечивания. Измерение длины стоячих волн, образующихся на струне, производится по миллиметровой шкале нанесенной на прозрачный кожух, закрывающий переднюю стенку объекта исследования.

Частота колебаний струны задается и регулируется с измерительного устройства.

Больше информации ->

Установка "Звуковые волны" (ФПВ-03)

Установка предназначена для изучения распространения продольных звуковых волн в воздухе и твердых телах. Установка позволяет определить скорость распространения звуковой волны в воздухе и твердых телах.

Установка выполнена в настольном исполнении и состоит из волновода и резонатора, которые установлены на штативе, и измерительного устройства.

Определение скорости звуковых волн в воздухе основано на измерении длины стоящей волны, которая установлен в волноводе, путем измерения расстояния между источником звука (громкоговоритель) и приемником звука (микрофон) при измерении разности фаз сигналов.

Определение скорости распространения волн в твердых телах основано на резонансном методе. Изменяя частоту генератора, меняют частоту колебаний стержня до получения резонанса.

Больше информации ->

Установка "Волновые явления на поверхности воды" (ФПВ-02)

Установка предназначена для изучения волновых явлений. Установка позволяет исследовать явления интерференции, дифракции, определить длину волны и фазовую скорость поверхностных волн.

Установка позволяет провести следующие лабораторные работы:

• определение длины волны
• определение фазовой скорости поверхностных волн
• изучение интерференции волн от двух когерентных источников
• изучение дифракции волн от одной щели
• изучение дифракции волн от двух щелей
• дифракции волн от решетки
• изучение дифракции волн от углового экрана

Принцип действия установки основан на освещении модулированным светом волновой картины на поверхности воды. Частота прерываний светового потока совпадает с частотой колебаний вибратора, который возбуждает волны. Стоящая волновая картина проектируется на экран, где и выполняются необходимые измерения.

Установка выполнена в настольном исполнении и состоит из диаскопа и измерительного устройства. Кроме того в комплект установки входят наконечники различной формы (конический, сферический, двойной, плоский) и экраны (сплошной, с регулируемой щелью, с двойной щелью, дифракционная решетка).

Больше информации ->

Установка "Моделирования колебательных и волновых процессов" (ФДК-03)

Набор позволяет демонстрировать колебательные и волновые процессы на примере связанных механических систем (стоячую, поперечную и продольные волны).

Больше информации ->

Установка "Механический язычковый частотомер" (ФДК-02М)

Устройство позволяет демонстрировать механические колебания и последовательный "вход" в резонанс в зависимости от частоты вращения электромеханического генератора.
На основании установки закреплен кронштейн с набором резонирующих пластин (стержней) с грузами. С кронштейном через упругую связь соединен генератор электромеханических колебаний, обеспечивающий возбуждение механических колебаний в устройстве.

Больше информации ->

Установка "Колебания на пружине и явления резонанса" (ФДК-01М)

Позволяет демонстрировать свободные и вынужденные колебания и явление резонанса.

Установка состоит из системы пружинного маятника, закрепленного на специальном штативе и электромеханического генератора колебаний, связанного с системой подвеса маятника. В систему подвеса маятника встроен датчик с преобразованием для вывода параметров колебательной системы на экран осциллографа.
С целью изменения параметров колебательной системы маятника установка комплектуется набором грузов и пружин.

Для питания генератора электромеханических колебаний и датчика колебаний установка комплектуется блоком управления.

Больше информации ->

Установка "Стоячие волны в трубке Кундта и определение скорости звука"

Больше информации ->

Установка "Добротность колебательной системы на примере резонанса Гельмгольца"

Больше информации ->

Установка "Определение скорости звука"

Больше информации ->