Описание экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1. Исследуемый образец 5 в виде стержня или цилиндра закрепляется при помощи двух опорных призмах на стойке 10. Рядом с торцами стержня расположены электромагниты 4 и 6. Крепления электромагнитов (9, 11) дают возможность регулировать их расположение по высоте, а также перемещать вправо-влево по направляющей 12.

Электромагнит 4 служит для возбуждения упругих механических колебаний в образце. Он создает переменное синусоидальное магнитное поле, которое воздействует на небольшой магнит, вмонтированный в торец стержня. Сигнал на возбуждающий электромагнит подается с генератора звуковой частоты 1. Также сигнал с генератора поступает на частотомер 2 и вход канала I осциллографа 3.

Приемный электромагнит 6 служит для преобразования механических колебаний в электрические. Сигнал от него поступает на усилитель звуковой частоты 7, а с выхода усилителя - на вход канала II осциллографа.

Рис. 1: Схема установки.

1 - генератор звуковой частоты, 2 - частотомер, 3 - осциллограф, 4 -электромагнит-возбудитель, 5 - образец, 6 - электромагнит-приемник, 7 - усилитель звуковой частоты, 8 - блок питания усилителя, 9,11 -стойки крепления электромагнитов, 10 - стойка крепления образца, 12 -направляющая.

Задание

Задания, отмеченные звездочкой, выполняются по требованию преподавателя.

1. Включить питание всех приборов и дождаться их прогрева (3-5 минут). При помощи осциллографа проконтролировать наличие сигнала генератора. Установить на генераторе частоту 1000 Гц.

2. Отдодвинув среднюю стойку, сдвинуть электромагниты на расстояние 10-15 см. Проконтролировать сигнал с приемного электромагнита на экране осциллографа. При этом как и во всех следующих опытах рекомендуется использовать сигнал генератора в качестве опорного для синхронизации осциллографа.

3. * Определить рабочий диапазон частот установки. Для этого, понижая частоту генератора, добиться падения амплитуды принятого сигнала в два раза по сравнению с амплитудой на частоте 1000 Гц. Найденное значение частоты принять за нижнюю границу диапазона. Аналогично, повышая частоту, найти верхнюю границу.

4. * Измерить зависимость сдвига фаз между сигналом с генератора и сигналом с приемного электромагнита от частоты.

5. Вернуть среднюю стойку в исходное положение. Разместить при помощи опорных призм один из стержней так, чтобы его центр тяжести находился между призмами. Т.е. Зафиксировать стержень в точке, являющейся его центром масс. Выставить электромагниты напротив торцов стержня так, чтобы зазор между полюсами электромагнита и торцевой поверхностью составлял 1-3 мм. Не допускать соприкосновения электромагнита со стержнем!

5. Медленно перестраивая звуковой генератор в диапазоне от 2000 до 6000 Гц, найти резонанс, наблюдая за амплитудой колебаний на экране осциллографа. При приближении к резонансу амплитуда принятого сигнала резко возрастает. Точно найденный резонанс характеризуется следующими признаками:

· амплитуда принятого сигнала достигает максимума;

· амплитуда не меняется во времени (отсутствуют «биения»);

Внимание! Для металлических образцов резонансная кривая имеет очень острый пик, его ширина составляет единицы герц. Перестройку генератора необходимо производить максимально плавно и медленно.

6. Считать значение резонансной частоты f_рез с индикатора частотомера и записать в лабораторный журнал.

6б*. Перестраивая генератор в близи частоты равной f_рез/2, добиться возбуждения резонансных колебаний в стержне. Сигнал с приемного электромагнита при этом будет иметь частоту f_рез, т.е. в два раза превышать частоту возбуждающего сигнала. Постарайтесь объяснить это явление.

7. Получить резонанс на частотах, соответствующих следующим гармоникам Для этого, плавно перестраивая генератор в районе частоты 2 f_рез, добиться резонанса, аналогично п. 5. Записать точное значение частоты в лабораторный журнал. Пронаблюдать возникновение резонансов на частотах 3 f_рез, и 4 f_рез и т. д. в пределах рабочего диапазона, найденного в п. 3. При этом гармоники четных номеров будут гораздо слабее. Подумайте, почему. По результатам постройте график зависимости f_рез(n), где n – номер гармоники.

8. Измерить длину стержня или цилиндра и записать в лабораторный журнал. (Полимерные стержень и цилиндр должны быть изготовлены из одной партии сырья и одновременно).

9. Повторить п.п. 4-8 со всеми остальными образцами.

10*. Определить декременты затухания из опытов на тонких стержнях (факультативно).

11. Определить плотность материала каждого из образцов. Для этого необходимо взвесить образец и измерить его линейные размеры. Диаметр образца измерять в пяти местах: два у торцов образца, один в середине длины и два между этими точками. Зная массу m, длину l и средний диаметр d, вычислить плотность по формуле:

12. Вычислить скорость звука, модуль Юнга для каждого из образцов, используя формулы (8) и (10) для тонких стержней. Рассчитать погрешности измерения. Представить результаты в виде таблиц и графиков. Сравнить, по возможности, полученные величины с табличными значениями.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: