home

№212 Определение скорости звука и показателя адиабатывоздуха

?
Кафедра общей физики ПГУ
Лаборатория молекулярной физики
Лабораторная работа № 212

Лабораторная работа № 212
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА И ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ
ВОЗДУХА
Принадлежности: экспериментальная установка в сборе.
1
Введение. Лапласом было установлено, что скорость распространения
звуковых волн в газах описывается формулой
RT
v= γ
,
(1)
µ
где R – универсальная газовая постоянная,
T – температура газа,
μ – молярная масса,
γ – показатель адиабаты. Для идеального газа он равен отношению
изобарной теплоемкости к изохорной, γ = Ср/СV.
Цель работы. Экспериментально определить скорость звука в воздухе и
из формулы (1) найти для него показатель адиабаты.
Звуковые волны, распространяющиеся в газах, могут быть только
продольными. Они представляют собой чередование сжатий (уплотнений)
газа и его разрежений, “убегающих” от источника со скоростью v. Не
удивительно, что такие волны называют бегущими.
Рассмотрим распространение упругих (звуковых) волн в длинной (длина
много больше ее диаметра) трубе, заполненной воздухом. Пусть труба
наглухо закрыта с торцов твердыми крышками. Звуковая волна будет
распространяться вдоль оси трубы, попеременно отражаясь от крышек.
Направим ось х вправо по оси трубы, начало оси поместим на левой крышке
(рис.1). Рассмотрим сначала явления у левого конца трубы. На крышку
падает пришедшая справа волна, отражается от нее и уходит в
противоположном направлении.
Напишем уравнения двух плоских монохроматических волн с
одинаковой амплитудой, распространяющихся в противоположных
направлениях. Учтем, что при отражении фаза отраженной волны
изменяется на некоторую величину ∆α.
ξ 1 = a sin ( ω t + kx ) – падающая волна,
ξ 2 = a sin ( ω t − kx − ∆ α ) – отраженная волна,
где ξ – смещение частиц среды от равновесного положения,
k – волновое число.
Эти волны будут интерферировать, и каждая частица воздуха будет
участвовать в колебаниях, вызванных как падающей, так и отраженной
1

Лаплас Пьер Симон (Р.Laplace) – французский астроном, физик, математик (1749-1827).

1