Аппаратура и испытательные образцы

В качестве основного измерительного устройства в работе используется специализированный прибор, в состав которого входит генератор синусоидальных колебаний с усилителем мощности для возбуждения колебаний струны и частотомер для измерения частоты генератора. Объект измерения состоит из жесткого основания, на котором закреплены постоянные магниты, между полюсами которых натянута струна, и механизма натяжения струны. Один конец струны жестко крепится к основанию, а второй прикреплен к тарировочной пружине. Второй конец пружины механически связан с винтовым механизмом, при помощи которого осуществляется изменение натяжения струны. Сила натяжения струны измеряется при помощи указателя, перемещающегося по шкале при изменении натяжения струны. Для улучшения видимости струны, за ней размещена лампа подсветки. Объект исследования с помощью стойки устанавливается в штатив. Измерение длины стоячих волн, образующихся в струне, производится по миллиметровой шкале нанесенной на прозрачный кожух, закрывающий переднюю стенку объекта исследования. Общий вид установки показан на рис. 5.2.

 

Рис. 5.2

 

Управление работой измерительного устройства после включения клавиши «Сеть» осуществляется с помощью ручек 1-3 (рис. 5.3)

- ручка 1 «УРОВЕНЬ» используется для установки необходимой амплитуды выходного напряжения генератора (амплитуды колебания струны)

- ручки 2 и 3 «ЧАСТОТА ГРУБО» и «ЧАСТОТА ТОЧНО» используются для установки необходимой частоты генератора.

Рис. 5.3

1 – ручка «УРОВЕНЬ»; 2 – ручка «ЧАСТОТА ГРУБО»; 3 – ручка «ЧАСТОТА ТОЧНО»; 4 – цифровое табло частотомера.

 

Перед проведением измерений необходимо удостовериться, что струна находится в направляющих роликах и ручкой изменяется ее натяжение. Указатель динамометра при этом двигается вдоль шкалы. При крайнем левом положении убедится, что он совпадает с нулевой меткой шкалы.

Порядок выполнения работы

1. Внимательно ознакомиться с описанием аппаратуры и приемами работы с установкой для изучения собственных колебаний струны

2. Включить кнопку «СЕТЬ» устройства питания лампы после чего должна загореться лампа подсветки струны. Включить кнопку «СЕТЬ» устройства измерительного. После этого должно загореться цифровое табло устройства. Дать установке прогреться в течение 3-5 минут.

3. Установить натяжение струны 0,4 Н. Ручку «УРОВЕНЬ» установить в среднее положение. ВНИМАНИЕ! Запрещается задавать натяжение струны более 0,6 Н!

4. Изменяя при помощи ручек «ГРУБО» и «ТОЧНО» частоту, определить частоты первой, второй, третьей и четвертой гармоник.

5. Теоретически, используя формулу (8), определить частоты тех же гармоник, при том же показании динамометра.

6. Построить теоретическую и экспериментальную зависимости частоты  от номера гармоники .

7. По колебаниям первой гармоники оценить скорость распространения волны вдоль струны.

8. Изменяя натяжение струны в пределах 0,2 – 0,5 Н определить частоту одной из гармоник (по указанию преподавателя). Число точек не менее 5.

9. Построить теоретическую и экспериментальную зависимость частоты гармоники от силы натяжения струны.

 

Содержание отчета

1. Краткое изложение принципов образования стоячей волны, измерения ее параметров и образования погрешностей.

2. Таблицы с данными измерений, вычислений и статистической обработки, а также примеры статистической обработки для отдельных значений.

3. Графики теоретической и экспериментальной зависимостей частоты от номера гармоники, а также частоты от силы натяжения струны

4. Выводы по результатам работы

 

Контрольные вопросы

1. Опишите волновое уравнения для струны.

2. Какие волны являются решением волнового уравнения для струны, закрепленной на концах?

3. Что такое стоячая волна и в чем ее отличие от бегущей волны?

4. На каких частотах возможны колебания струны?

5. Опишите принцип возбуждения волн в экспериментальной установке.

 

Список литературы

1. Трофимова Т.И. Курс физики.-М.: Высшая школа, 1997.-§ 154, 157.

2. Савельев И.В. Курс общей физики.- Кн.1.-М.: Наука, Физматлит, 1998.-§ 1.4, 1.7, 1.8

3. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991.

 

 

Содержание

Лабораторная работа 1. Ультразвуковые измерения дистанций в воздухе…….

Лабораторная работа 2. Изучение параметров поверхностных волн в металлах…………………………………………………………………………………...

Лабораторная работа 3. Ультразвуковой метод измерения геометрических размеров изделий…………………………………………………………………...

Лабораторная работа 4. Ультразвуковой метод распространения объемных волн в упругих средах……………………………………………………………...

Лабораторная работа 5. Собственные изгибные колебания струн……………..