آزمايش بررسي پديده تشديد در لوله صوتي
هدف آزمايش: محاسبه سرعت صوت و محاسبه فركانسهاي مجهول.
وسايل آزمايش : دستگاه لوله صوتي، بلندگو با متعلقات، سيگنال ژنراتور جریان بالا ویژه لوله صوتي، سه پایه زمینی کوچک قابل تنظیم.
تئوري آزمايش
همانطوركه در آزمايش تارمرتعش مشاهده كرديد دراثر تداخل دو موج تابشي و انعكاس كه در خلاف يكديگر حركت ميكردند، نقاطي از امواج ساكن شده كه به آنها گره می گويند.
مشابه چنين پديدهاي را نيز مي توان براي امواج صوتي كه از رده امواج طولی (امتداد نوسان در راستای انتشار) هستند بوجود آورد.
اگر در يك طرف لوله بسته يك منبع صوتي قرار دهيم، با توجه به اينكه طرف بسته لوله صوتي به عنوان مانع سخت و طرف باز آن به عنوان مانع نرم عمل مي كند، براي طول هاي مشخصي از لوله ممكن است كه امواج ايستاده درداخل لوله به وجود آيد، كه اين حالت را حالت تشديد گويند. درحالت تشديد در لولههاي بسته در قسمت بسته، گره و درقسمت باز، شكم به وجود ميآيد.
با توجه به نکات فوق، شرط تشديد در لولههاي بسته است كه در آن طول موج و عدد صحيح است. با استفاده از لولههاي بسته و تشكيل تشديد در آنها ميتوان سرعت صوت را در هوا اندازه گرفت.
براي اين كار از رابطه بين سرعت صوت در گازها و فركانس صوت ( ) و طول موج آن استفاده ميكنيم ( ). اگر در اين رابطه (طول موج، موج منتشرشده) و فركانس آن معلوم باشد، سرعت صوت در هوا بدست ميآيد.
روش آزمايش
ابتدا مخزن آب و لوله شيشهاي را به اندازه كافي از آب پر كنيد. سپس بلندگو را در فاصله 2 تا 3 سانتیمتری از لبه لوله شيشهاي بطوريكه وسط آن بر وسط دهانه لوله شيشه اي منطبق باشد قرار دهيد و سيم هاي رابط بلندگو را به خروجي اسيلاتور متصل كنيد. حال فركانس هاي حالت 2،1و3 اسيلاتور را از مسئول آزمايشگاه پرسيده و فيش فركانس اسيلاتور را روي حالت 1 قرار دهيد و اسيلاتور را روشن كنيد. در حاليكه بلندگو در قسمت بالاي لوله در حال ارتعاش است، سطح آب را به آهستگي پايين آوريد تا در صوت منتشر شده در لوله صوتي افزايش صدا بوجود آيد، در اين حالت در لوله صوتي يك حالت تشديد ايجاد شده، سطح آب را در اين حالت كمي بالا و پایین ببريد تا بدقت محل ماكزيمم تشديد بدست آيد. در اين حالت از روي درجات شيشه محل مسطح آب در حالت تشديد را يادداشت كنيد، سپس اين كار را در امتداد لوله شيشهاي مدرج تكرار كنيد و دو حالت تشديد ديگر را نيز پيدا كنيد.
در اين حالت فاصله بين هر دو تشديد نصف طول موج ميباشد. طول موج را با استفاده از فاصله بين تشديد 1و2 و تشديد 2و3 محاسبه و مقدار متوسط آن ( ) را بدست آوريد.
با ضرب در فركانس صوت منتشره سرعت صوت را حساب كنيد ( ).
اين آزمايش را براي فركانس حالتهای 2 و3 تكرار كنيد و جدول زير را پركنيد.
v
مكان تشديد 3 مكان تشديد 2 مكان تشديد 1 فركانس f شماره فركانس
1
2
3
اكنون فيش اسيلاتور را روي شماره 4 قرار داده و مطابق قسمت قبل، با تشكيل حالت تشديد، طول موج، موج منتشره در لوله را حساب كنيد. با توجه به اينكه سرعت صوت در هوا را از قسمت قبل داريم و فركانس شماره 4 مجهول است، مقدار فركانس اسيلاتور را در اين حالت محاسبه كنيد. سپس فيش اسيلاتور را روي شماره 5 قرارداده و آزمايش را تكرار كرده و جدول زير را پر كنيد.
مكان تشديد 3 مكان تشديد 2 مكان تشديد 1 شماره فركانس