Seisulainete tekitamine keelel ja nende uurimine. (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Füüsikainstituut
Üliõpilane:
Teostatud:
Õpperühm:
Kaitstud:
Töö nr: 17
TO allkiri :
Keele võnkumised
Töö eesmärk: Seisulainete tekitamine keelel ja nende uurimine .
Töövahendid: Statiivile kinnitatud keel koos alusega vihtide jaoks, vihtide komplekt, heligeneraator ,
magnet, kruvik , joonlaud, millimeetripaber .
Skeem:
Joonis 1.
Joonis 2.

Teooria

Töö teoreetilised alused

Kahest otsast kinnitatud ja pingutatud keel võib võnkuda nii, et temal tekivad seisulained . Keele
otstel on seejuures alati sõlmed ja keele pikkusele l mahub täisarv poollaineid:

,
kus
on lainepikkus ja
Arvestades seost laine levimiskiiruse , sageduse
ja lainepikkuse
vahel
võib valemi (1) anda kujul:

.
Võrrand (2) määrab keele omasagedused. Kõige madalam sagedus on juhul, kui
ja seda nimetatakse põhisageduseks. Ülejäänud sagedused on selle täisarvkordsed. Neid nimetatakse ülemtoonideks ehk harmoonilisteks. Joonisel 1 on näidatud keele kuju erinevate sageduste, s.o erinevate
väärtuste korral.
Ristlainete levimiskiirus keeles on määratud seosega

,
kus
on keelt pingutav jõud,
– keele materjali tihedus,
– keele ristlõikepindala. Seega võtab valem (2) keele omasageduste jaoks kuju:

.
Antud töös tekitatakse keele võnkumised resonantsmeetodil. Selleks on uuritav keel asetatud nihutatava püsimagneti pooluste vahele (joonis 2) ja tema otstele antakse heligeneraatorist
vahelduvpinge . Magneti pooluste vahel olevale keele osale, mida läbib helisageduslik vahelduvvool , mõjub perioodiliselt Ampere´i jõud. Selle jõu sagedus on võrdne vahelduvvoolu sagedusega. Kui sundiva jõu sagedus saab võrdseks ühega omasagedustest , siis tekivad keelel märgatava amplituudiga võnkumised. Seejuures on vaja, et jõu mõjumiskoht ei langeks kokku sõlmega, vaid oleks võimalikult lähedal paisule.
Valemi (4) kehtivuse kontrollimiseks on uuritava keele üks ots kinnitatud jäigalt (joonis 2). Teises, üle ploki pandud otsas, on alus koormiste jaoks, millega pingutatakse keelt. Seega jäävad antud katses suurused
,ja
muutumatuks ning muutused on tingitud ainult keelt pingutava jõu
muutustest. Kuna
ja
( on keele läbimõõt), siis võib valemi (4) esitada kujul:

.

Töö käik

Lülitage sisse heligeneraator (vaata juhist töökohal).

Mõõtke keele pikkus ja läbimõõt .

Pingutage keel juhendaja poolt määratud koormistega.

Pange magnet keele keskele ja püüdke saada generaatori sageduse suurendamise teel keele võnkumine põhisagedusel amplituudiga 1…2 cm. Kui võnkumiste amplituud on liiga väike, suurendage generaatori väljundpinget. Registreerige generaatori sagedus keele maksimaalse võnkeamplituudi korral.

Nihutage magnet ja keele pikkusele ja tekitage püsivad võnkumised ja korral. Võnkumise jälgimiseks ja korral suurendage aeglselt generaatori sagedust. Iga sagedust määrake 3 korda.

Mõõtke 5 erineva koormisega keele põhisagedustele ( ) vastavad generaatori sagedused . Tulemused kandke tabelisse.

Arvutage valemiga (5) keele omavõnkesagedused ja võrrelge saadud tulemusi heligeneraatori limbilt saadutega. Selgitage erinevuste põhjusi.

Kasutades valemit (3) arvutage keele erinevatele pingetele vastavad lainete levimiskiirused ja nende määramatused.

Joonestage graafik laine levimiskiiruse sõltuvuse kohta keelt pingutavast jõust .
, ,
Katse nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10