skanuj0004 (384)

66

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki

(6.9)

2n— n = 0,1,2, 4

x

2

Z zależności (6.8) i (6.9) łatwo pokazać, że odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami i strzałkami równa jest jednej czwartej długości fali.

6.2. Opis układu pomiarowego

Zestaw do wytwarzania i rejestracji fali stojącej w słupie powietrza przedstawiony jest na rys. 6.1. Podstawowym jego elementem jest rozsuwana rura (tzw. rura Kunta), zakończona z dwóch stron denkami. Poprzez małe otworki w denkach z jednej strony na słup powietrza w rurze oddziałuje membrana głośnika, pobudzana do drgań z generatora akustycznego. Z drugiej strony słup powietrza działa na mikrofon, połączony poprzez wzmacniacz z oscyloskopem. Zarówno mała liczba otworków, jak i ich rozmiary pozwalają przyjąć, że oba końce rury zakończone są nieruchomymi ściankami. Oddziaływania: słup powietrza - mikrofon oraz membrana głośnika - słup powietrza odbywają się poprzez zmianę ciśnienia, które - jak pokazano w poprzednim punkcie - jest przesunięte w stosunku do przemieszczeń cząsteczek o Jtj2. Ponieważ końce rury to nieruchome ścianki, fazy fali padającej i odbitej muszą być takie, aby na nieruchomej ściance zawsze był węzeł (brak przemieszczeń). Zachodzi to tylko wtedy, gdy fala padająca i odbita są przesunięte w stosunku do siebie o kąt Jt. W przypadku, gdy długość rury jest całkowitą wielokrotnością połowy długości fali, zachodzi dodatkowo zjawisko rezonansu, w efekcie którego następuje zwiększenie amplitud w miejscu strzałek i ciśnienia w miejscu węzłów. Zjawisko to łatwo daje się zaobserwować: na mikrofon umieszczony w węźle fali stojącej działa maksymalne ciśnienie (strzałka ciśnienia) i drgania obserwowane na oscyloskopie są wówczas największe. Zmieniając długość rury, przy ustalonej częstotliwości drgań membrany, otrzymujemy kolejne maksima amplitud drgań obserwowanych na oscyloskopie.

Oznaczamy przez 1(0) położenie rury, dla którego otrzymujemy pierwsze maksimum amplitudy drgań, a przez l(ń) n = 1,2,3,... kolejne następne położenia. Z omówionej teorii powstawania fali stojącej wynika związek:

X

l(n) = l(0) + n — n=l, 2,3,...

kierunkowym a = —

l(n) jest funkcją liniową o współczynniku i wyrazie wolnym b = 1(0).