Методика и техника измерений

Для определения модуля Юнга, скорости звука и внутрен­него трения в исследуемом образце необходимо эксперименталь­но получить резонансную кривую. Для этого медленно изменяют частоту звукового сигнала от 2200 до 3500 Гц и одновременно следят за сигналом на экране дисплея. В исследуемом стержне образуется стоячая волна. Образец начинает «звучать». При при­ближении к резонансной частоте звук усиливается, а амплиту­да сигнала на экране компьютера возрастает. Таких возрастаний амплитуды на всем диапазоне частот может оказаться несколько, из них выбираете ту, при которой амплитуда сигнала наиболь­шая. В этом случае найденный резонансный пик соответствует случаю . Измеряя амплитуду сигнала вблизи резонансной частоты, постройте резонансную кривую.

I. Задание

1.Измерьте резонансные кривые амплитуды вынужденных колебаний от частоты для трех исследуемых образцов.

2. Рассчитайте скорость звука в образцах, модуль Юнга и ве­личину внутреннего трения.

3. Рассчитайте погрешность измерения.

II. Измерения

1.Проверьте, чтобы все соединительные провода были под­ключены к измерительному блоку (ИБ) и макетной установке. Включите тумблер «Сеть» измерительного блока (ИБ). При этом на его передней панели с надписью «Вольтметр» зажигается индикатор.

2. Включите компьютер. На экране монитора появится изо­бражение.

3. Нажмите кнопку «Регистрация». Установите курсор мыши в окно «Фамилия». Используя клавиатуру, введите свои фамилию и имя.

4. После регистрации можно обратиться к разделам «Теория». «Контрольные вопросы» или перейти к эксперименту, нажав панель «Эксперимент». На экране монитора появится изображение показанное.

5. В поле «Характеристики стержня» выберите материал ис­следуемого стержня.

6. Установите на макете и измерительном блоке ручку выбора стержня в положение, соответствующее выбранному стержню.

7. Установите число измеряемых точек резонансной кривой (рекомендуемое количество ).

8. Установите мышкой в окнах «Частотомер электронно-счётный» и «Вольтметр напряжения переменного тока» автома­тический режим (Авт.), «Время измерения» - 1 с, «Предел» - 1. Затем, изменяя положение регуляторами «Частота грубо» и «Частота плавно» на передней панели ИБ, получите максимальную амплитуду измеряемого сигнала. Его величину можно фиксиро­вать на передней панели вольтметра. Частота, соответствующая максимуму сигнала, является резонансной .

9. Переведите «Частотомер электронно-счётный» и «Вольтметр напряжения переменного тока» в ручной режим для записи значений  и . Для этого нужно нажать клавишу «За­писать точку » в поле «Измеренные значения».

10. Вращая ручку «Частота плавно» на ИБ, измените часто­ту генератора (в пределах , где ) без изменения напряжения выхода генератора и запишите значения . Компью­тер автоматически построит резонансную кривую, наблюдаемую в поле «Измеренные значения».

11. В поле «Характеристики стержня» запишите резонансную частоту  и клавишей «Enter» введите это значение в таблицу.

12. Повторить пункты 5-11 для других стержней.

13. Нажмите клавишу «Возврат».

III. Расчет

1. Нажмите клавишу «Расчет». На экране монитора появится табл. 1 «Расчетные данные», табл. 2 «Справочные данные» и табл. 3 «Расчет погрешности».

2. Выбирая из выпадающего списка исследуемый материал, рассчитайте по формулам (9), (12), (13) скорость распространения волны в стержне, модуль Юнга и величину внутреннего трения. Результаты необходимо внести в табл. 1.

Таблица 1.

Расчётные данные по латуньему стержню.

Повышение резонанса		Понижение резонанса
Точка резонанса		Точка резонанса
2301	50	2300	56
2302	45	2299	47
2303	44	2298	30
2304	32	2297	20
2305	31	2296	19

Таблица 2.

Расчётные данные по стальному стержню.

Повышение резонанса		Понижение резонанса
Точка резонанса		Точка резонанса
3298	45	3297	57
3299	41	3296	53
3300	32	3295	35
3301	31	3294	27
3302	24	3293	13

Таблица 3.

Расчётные данные по алюминиевому стержню.

Повышение резонанса		Понижение резонанса
Точка резонанса		Точка резонанса
3332	6,0	3331	10,2
3333	6,1	3330	9,9
3334	6,1	3329	10,3
3335	6,2	3328	6,0
3336	6,2	3327	6,1

Таблица 4.

РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ
Материал	Скорость звука,	Модуль Юнга,	Внутреннее трение
Латунь	3607,968	10,9
Сталь	5171,264	20,8
Алюминий	5224,576	7,37

Вывод:в данной лабораторной работе мы определяем скорость распространения волны в стержне, модуль Юнга и величину внутреннего трения. Подсчитав скорость распространения волны, мы видим, что минимальное значение скорости достигает стержень, состоящий из латуни, а максимальное – из алюминия, что можно увидеть из расчётов табл. 4. Далее оценим модуль Юнга, явно видно, что максимум энергии затрачивается на стальном стержне, а минимум значения принимается на алюминиевом стержне. После найденных результатов, определили величину внутреннего трения, где она оказалась максимальной на алюминиевом стержне, чем у стального стержня, значения которого приняли минимум.