Молекулярная физика. Часть 1. Колебания и волны. Кукуев В.И - 7 стр.

                               ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
                                      МЛ-1/2

                ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ
     Цель работы – изучение явления интерференции звуковых волн, из-
мерение скорости звука в воздухе методом Квинке.
                                         ВВЕДЕНИЕ

          Если в некотором месте первоначально однородной воздушной сре-
ды создать небольшое возмущение плотности или давления, например,
сжать воздух, а затем предоставить его самому себе, то сжатая область
начнет расширяться, приводя в движение соседние частицы газа, которые,
в свою очередь, возмущают частицы, находящиеся за ними, и т. д. Процесс
распространения возмущения в сжимаемой среде называется волной. Ско-
рость распространения, как показывает опыт, при малых возмущениях за-
висит только от физических свойств среды и называется скоростью звука.
          В более узком смысле звук представляет собой колебания упругой
среды, воспринимаемые нашими органами слуха. Частота звуковых волн
лежит в пределах примерно от 10 до 20 000 Гц. Так как газы и жидкости
обладают лишь объемной упругостью, но не упругостью формы, то звуко-
вая волна в газообразных и жидких средах может быть только продольной.
          Рассмотрим простой случай волны, распространяющейся в одном
направлении Ох, например, волну в трубе, наполненной воздухом, созда-
ваемую колеблющимся поршнем. Волновыми поверхностями в этом слу-
чае будут, очевидно, плоскости, перпендикулярные к направлению рас-
пространения. Такие волны называются плоскими.
          Поршень совершает гармонические колебания с циклической часто-
той ω по закону
                                          � ( t ) � a co s(� t ) ,
где ξ(t) – смещение поршня из положения равновесия.
          Смещение ξ(х,t) частиц, находящихся на расстоянии х от поршня,
происходит с запаздыванием на время τ = х/с, где с – скорость звука, необ-
ходимая для распространения волны на расстояние х:
                                              x                               2�
� ( x, t ) � a cos � (t � � ) � a cos � (t � ) � a cos(�t � kx ) � a cos(�t �    x ) . (1)
                                              c                                �
Здесь λ – длина волны, k = ω/c = 2π/λ – волновое число. Выражение (1) в
любой из написанных выше форм задает закон движения частиц воздуха в
трубе при прохождении в ней плоской синусоидальной волны.
          Если в среде распространяется несколько волн одновременно, то ка-
ждая частица участвует в нескольких колебательных движениях. Волны
называются когерентными, если они имеют одинаковую длину и постоян-
ную разность фаз. При наложении когерентных волн в пространстве воз-
                                            7