ДО ТЬ ВИКОНАТИ ЛАБОРАТОРНУ
Лабораторна робота № 6 Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку за до сучасних цифрових засобів
Мета роботи: навчитися визначати частоту звучання джерела звуку, вимірювати швидкість поширення звуку, дослідити залежність гучності звуку від амплітуди і висоти тону від частоти коливань, залежність гучності звуку і висоти тону від довжини повітряного стовпа.
Прилади і матеріали: смартфон чи планшет із завантаженою програмою Spectrum Analyzer (keuwlsoft, Android, free), дощечка с трьома вбитими цвяхами, гумовий шнур (авіаційна гумка), металева лінійка з міліметровими поділками, найпростіша кулькова ручка без стержня.
Xід роботи
Завдання 1. Виготовте «струнний музичний інструмент».
1. Зв’яжіть гумовий шнур у петлю та розтягніть його між трьома вбитими в дощечку цвяхами.
2. Виміряйте частоту звучання «струни» за до програми Spectrum Analyzer (програму можна завантажити в Play Market або App Store). Для цього прикладіть дощечку до корпуса смартфона біля мікрофона і збудіть коливання «струни».
= Гц.
3. Виміряйте довжину «струни».
м.
4. Врахувавши, що на довжині струни «вміщується» половина довжини хвилі, і те, що швидкість поширення хвилі визначається за формулою = і обчисліть її значення.
= м/с.
5. Зробіть висновки.
Завдання 2. Вивчіть характеристики звуку.
1. Покладіть металеву лінійку на стіл так, щоб вона виступала на 10-12 см, і міцно притисніть рукою до краю стола.
2. Другою рукою відхиліть виступаючий кінець лінійки на невеликий кут і відпустіть, змусивши лінійку коливатися. На слух орієнтовно оцініть висоту тону (частоту коливань) і гучність звуку.
3. Повторіть дії, відхиливши лінійку на більший кут. Як змінилися гучність звуку і висота тону?
4. Повторіть дії, змінивши довжину виступаючої частини лінійки. Як змінилася гучність звуку і висота тону?
5. Тримаючи відкритий кінець корпуса ручки біля рота, закрийте нижній кінець пальцем і подуйте так, щоб утворився звук. Як залежить гучність звуку від сили, з якою дують?
6. Проведіть аналогічний дослід, тримаючи біля рота ковпачок від ручки. Як залежить висота тону отриманого звуку від довжини повітряного стовпа?
7. Зробіть висновки.
Для допитливих
1. Два однакових камертони, що звучать, піднесли до металевої кульки, підвішеної на нитці.
Поясніть відмінності у відхиленні кульки. Порівняйте гучності звуку камертонів. Порівняйте частоти звукових коливань камертонів.
2. Утримуючи гумовий шнур завдовжки приблизно 6 см у двох руках, розтягніть його так, щоб довжина становила приблизно 10 см. Пальцем однієї руки надайте шнуру коливального руху і, змінюючи його довжину, дослідіть зміну гучності звуку та висоти тону.
Объяснение:
1)
2)
3)
З власного досвіду ви знаєте, що у воді підняти камінь значно легше, ніж коли він лежить на березі, тому що у воді на до приходить виштовхувальна сила.
Закон, за яким можна розраховувати виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло, відкрив давньогрецький вчений Архімед.
Тому виштовхувальну силу часто називають силою Архімеда (FA).
Сила Архімеда зумовлена тим, що тиск рідини збільшується з глибиною (на нижню поверхню зануреного в рідину тіла рідина тисне з більшою силою, ніж на верхню, унаслідок цього рівнодійна сил тиску рідини на всі ділянки поверхні тіла напрямлена вгору - ця рівнодійна і є силою Архімеда).
Унаслідок занурення у воду тіла, підвішеного до пружинних ваг, їх покази зменшаться завдяки виштовхувальній силі: коли кажуть, що занурене у воду тіло «втрачає у вазі», насправді, звичайно, ніякої «втрати у вазі» немає (вага тіла, що перебуває у спокої, завжди дорівнює силі тяжіння), але внаслідок занурення тіла у воду (часткового або повного) вага тіла перерозподіляється між підвісом — вагами і опорою — водою (тому показ ваг дорівнює різниці між вагою тіла та модулем виштовхувальної сили). Тільки із цим застереженням можна умовно назвати показ ваг «вагою тіла у воді». Це так зване гідростатичне зважування, його можна застосовувати, коли густина тіла більша за густину рідини, щоб тіло тонуло у рідині (визначити відношення густини тіла до густини рідини за формулою , це співвідношення дозволяє знайти N3густину тіла, якщо відома густина рідини, або знайти густину рідини, якщо відома густина тіла).
Спочатку з’ясуємо, чому на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє сила Архімеда. Тиск у кожній точці рідини передається однаково в усіх напрямках і залежить від глибини. Розглянемо сили тиску, які діють у рідині на всі поверхні зануреного в неї тіла.
Нехай тіло має форму прямокутного паралелепіпеда На верхню грань тіла діє тиск p1 = рр ghl стовпчика рідини висотою h1. Сила тиску на цю поверхню з боку рідини становить F1 = p1S = рр gh1S де рр — густина рідини; S — площа поверхні тіла. Ця сила направлена вертикально вниз.
Тиск рідини на бічні грані змінюється з глибиною. Але на одному й тому самому рівні він однаковий. Тому сили тиску F, які діють на бічні поверхні, однакові й протилежно направлені, а їх рівнодійна дорівнює 0.
Нижня поверхня знаходиться на глибині h2. Її площа така сама, як і верхньої грані. На нижню поверхню тіла діє сила F2 = p2S = рр gh2S, яка направлена вертикально вгору. Оскільки нижня поверхня знаходиться глибше ніж верхня (h2 > h1), а їх площі однакові, то сила F2 більша за силу F1. Їх рівнодійна дорівнює різниці цих сил і направлена вгору. Рівнодійна сил тиску рідини на нижню та верхню грані тіла і є тією результуючою силою, що виштовхує (або намагається виштовхнути) тіло з рідини:
FA = F2 – F1 = p2S - p1S = рр gh2S - рр gh1S = ρрg(h2 — h1)S = ρрg Vт
Як видно з мал. h2 — h1 = h — висота прямокутного паралелепіпеда, а (h2 — h1) S = Vт — його об’єм. Остаточно можна записати, що
