Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012

μ = 29 г/моль – молярная масса воздуха; γ =1,4 – показатель адиа-

баты для воздуха. Соответственно, следует сравнивать полученный в ходе эксперимента результат с величиной скорости звука, соответствующей температуре воздуха в лаборатории.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Используемая в настоящей работе установка изображена на рис. 2.5.1, а на рис. 2.5.2 представлена ее принципиальная схема.

Рис. 2.5.1

Всостав установки входят массивные металлические стержни 1

и2, причем стержень 1 установлен на массивном основании, стер-

51

жень 2 может брать в руку экспериментатор, работающий на установке. На заданном расстоянии от стержня 1, измеренном рулеткой 3, установлен микрофон 4.

Рис. 2.5.2

Стержни 1 и 2 соединены проводами с входом «Старт» измерителя временных интервалов, встроенного в базовый блок установки «Кобра 3» (6 на рис. 2.5.1). Микрофон подключен к входу «Стоп» того же измерителя через усилитель-формирователь 5.

В ходе работы экспериментатор наносит легкий кратковременный удар стержнем 2 по стержню 1. При соприкосновении стержней цепь замыкается и возникает электрический импульс, который поступает на вход «Старт» измерителя временных интервалов. При

52

соударении стержней возникнет звуковой импульс, распространяющийся в окружающей воздушной среде. Когда звук достигает микрофона, вырабатывается электрический импульс, поступающий на вход «Стоп» измерителя временных интервалов. Блок «Кобра 3» вырабатывает цифровой код, несущий в себе информацию о длительности временного интервала между импульсами «Старт» и «Стоп». Этот код по кабелю передается в компьютер для дальнейшей программной обработки и отображения (компьютер на рис. 2.5.1 не показан).

Посредством компьютерной программы, созданной для обслуживания данной лабораторной работы, длительность измеренного временного интервала выводится на экран монитора.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.При выполнении работы следует руководствоваться правилами стандартной инструкции по технике безопасности при работе

влаборатории молекулярной физики.

2.Не следует соударять стержни с излишней силой, чтобы не повредить крепление неподвижного стержня.

ПОДГОТОВКА УСТАНОВКИ К РАБОТЕ

1.Убедитесь, что персональный компьютер, входящий в состав лабораторной установки, включен и находится в режиме ожидания.

2.Убедитесь, что базовый блок «Кобра 3» включен (у включенного прибора светится зеленый светодиод в правом верхнем углу лицевой панели блока). Если вышеупомянутые устройства не включены, попросите сотрудников лаборатории подготовить их к работе.

3.Найдите на рабочем столе компьютера иконку в виде желтой латинской буквы m с надписью «Измерение» и дважды щелкните по ней левой кнопкой «мыши». На экране возникнет диалоговое окно программы, обслуживающей измерения с помощью блока Cobra3, с заголовком «Phywe measure 4».

4.В меню, расположенном в верхней части окна, найдите опцию «Прибор» и щелкните по ней левой кнопкой «мыши». На экране появится «выпадающее» меню, в котором перечислены про-

53

граммы, управляющие различными измерительными приборами, входящими в комплект оборудования от фирмы Phywe.

5. Найдите в этом меню строку «Timer/Counter» и щелкните по ней левой кнопкой «мыши». На экране появится настроечное окно для работы с измерителем временных интервалов, использующимся в данной работе (рис. 2.5.3). Окно содержит элементы управления, с помощью которых можно задавать режим измерений. По умолчанию при запуске программы устанавливаются значения параметров, необходимые для выполнения данной работы, так что менять эти установки не следует.

Рис. 2.5.3

6. В нижней части настроечного окна (см. рис. 2.5.3) найдите клавишу «Далее» и щелкните по ней левой кнопкой «мыши». Настроечное окно исчезнет с экрана, вместо него появится окно с таблицей, в которой после каждого соударения стержней на экране отображается измеренное время распространения звука от источ-

54

ника до микрофона. Это значение автоматически вводится в память компьютера. При этом программа сразу же готова к следующему измерению – никаких дополнительных действий не требуется.

ЗАДАНИЕ

Определение скорости звука в воздухе

1.Убедитесь в том, что компьютерная программа «Timer/Counter» готова к измерениям.

2.Расположите закрепленный стержень и микрофон на расстоянии 60 см друг от друга.

3.Выполните измерение времени прохождения звука между стержнями пять раз.

Для измерения времени аккуратно ударьте незакрепленным стержнем по стержню, закрепленному на основании. Удар должен быть достаточно резким, чтобы не было длительного соприкосновения стержней, что приведет к неверному результату измерения. Если результат измерения получается слишком малым, то измерение следует повторить: возможно, звук достиг микрофона, распространяясь через поверхность стола, на котором находится установка. Измеренное время запишите в заранее подготовленную табл. 2.5.1.

4.Выполните аналогичные серии измерений для расстояний 50, 40, 30 и 20 см.

Таблица 2.5.1

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Вычислите среднее значение времени прохождения звука для каждого расстояния между стержнем, источником звука и микрофоном. Результаты запишите в табл. 2.5.1.

55