ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ЗВУКОВЫХ ВОЛН Российский патент 1995 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к демонстрационным приборам и может быть использовано как наглядное пособие по акустике и оптике.

Известен прибор для изучения дисперсии звуковых волн, содержащий модель резонирующей среды и акустически связанный с ней приемник звука, подключенный через усилитель к входу регистратора амплитуды колебаний [1]
Недостатками известного устройства являются его невысокие демонстрационные возможности.

Целью изобретения является повышение демонстрационных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображен внешний вид прибора, допускающего регуляцию собственной частоты резонаторов резонирующей среды; на фиг. 2 внешний вид прибора, когда собственная частота резонаторов постоянна.

Прибор содержит наполненную жидкостью кювету 1, сосуд 2, источник 3 звука, непрозрачную для звуковых волн пластину 4, направляющую 5, шкалу 6, держатель 7, указатель 8, приемник 9 звука, усилитель 10, регистратор 11 амплитуды колебаний, резонирующую среду, выполненную в виде параллелепипеда 12, в котором сделаны сквозные отверстия, проходящие через верхнюю и нижнюю грани. При этом параллелепипед может быть установлен в наполненную жидкостью кювету 1. Устройство также имеет стойку 13, кронштейн 14, световой индикатор 15, упругую пластину 16 и полностью или частично непрозрачную для звуковых волн пластину 17.

Демонстрация дисперсии и поглощения осуществляется следующим образом.

Прибор устанавливают между двумя динамиками источника 3 звука, подключенными к звуковому генератору.

Открытые концы резонаторов закрывают непрозрачной для звуковых волн пластиной 4 и устанавливают приемник 9 звука в минимум (максимум) интерференционной картины, о чем можно судить по показаниям регистратора 11. С помощью шкалы 6 и указателя 8 определяют координату приемника 9 звука, после чего его смещают в соседний минимум (максимум) и снова определяют координату. По результатам измерений находят длину волны при данной частоте и по формулам рассчитывают фазовую скорость и показатель преломления среды. Повторяя эксперимент при других частотах, убеждаются в отсутствии дисперсии. Регистратор 11 показывает, что амплитуда выходного сигнала также не зависит от частоты, то есть поглощение не наблюдается.

Затем убирают пластину 4 или заменяют ее на частично прозрачную для звука (лист бумаги) и снова повторяют измерения. Показывают, что при частоте, близкой к собственной частоте резонаторов, имеет место зависимость фазовой скорости волны и показателя преломления среды от частоты (дисперсии), а также наблюдается резкое уменьшение интенсивности звука в максимумах (поглощение), о чем можно судить по показаниям регистратора 11 амплитуды колебаний.

Прибор позволяет изменить собственную частоту резонаторов, доливая или отливая жидкость из кюветы 1. Плавную настройку резонаторов на заданную частоту можно осуществлять, поднимая или опуская сосуд 2, соединенный гибкой трубкой с кюветой 1. Это позволяет продемонстрировать дисперсию и поглощение, изменяя собственную частоту резонаторов и настраивая их в резонатор со звуковой волной. Преимущество такого опыта заключается в том, что зависимость характеристик источника и приемника звука от частоты в силу постоянства последней не будет влиять на результаты эксперимента. Для повышения наглядности в качестве регистрирующего устройства может быть использован световой индикатор, установленный на держателе 7 рядом с приемником 9 звука.

На фиг.2 изображен еще один вариант прибора. Резонирующая среда выполнена в виде параллелепипеда, в одной из граней которого сделаны углубления-резонаторы. В качестве устройства для перемещения приемника звука используется упругая пластина 16, на свободном конце которой закреплены приемник 9 звука и световой индикатор 15, выполняющий роль регистрирующего устройства. Другой конец пластины 16 зафиксирован неподвижно относительно параллелепипеда, например, с помощью стойки 31 и кронштейна 4 таким образом, чтобы при ее изгибе приемник 9 звука двигался вблизи открытых концов резонаторов.

Демонстрация опыта может быть проведена с использованием источника 3 звука (динамика, подключенного к генератору) и отражательного экрана 9, расположенных по обе стороны от резонирующей среды так, чтобы вблизи открытых концов резонаторов возникла стоячая волна. При колебаниях рукой упругой пластины 16 приемник 9 звука проходит через чередующиеся минимумы и максимумы, в результате чего световой индикатор 15 вычерчивает пунктирную линию, соответствующую распределению интенсивности звука. С помощью шкалы 6 можно определить расстояние между максимумами и минимумами и вычислить длину волны при данной частоте. Изменяя частоту, можно показать, что при частотах, близких к собственной частоте резонаторов, изменяются длина и яркость светлых штрихов линии, даваемой движущим вместе с приемником звука световым индикатором, то есть наблюдаются дисперсия и поглощение звука.

Сущность изобретения: устройство содержит кювету 1, сосуд 2, источник 3 звука, три пластины направляющую 5, шкалу 6, держатель 7, указатель 8, приемник 9 звука, усилитель 10, регистратор 11 амплитуды колебаний, стойку, кронштейн, световой индикатор. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ЗВУКОВЫХ ВОЛН, содержащий модель резонирующей среды и акустически связанный с ней приемник звука, подключенный через усилитель к входу регистратора амплитуды колебаний, отличающийся тем, что модель резонирующей среды представляет собой параллелепипед с резонаторами в виде углублений, выполненных в одной из его граней, а прибор снабжен устройством для перемещения приемника звука в зоне расположения открытых концов резонаторов и пластиной, частично или полностью непрозрачной для звуковых волн и размещенной с возможностью установки между моделью резонирующей среды и приемником звука. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что параллелепипед установлен в наполненную жидкостью кювету, а резонаторы-углубления представляют собой сквозные отверстия, проходящие через его верхнюю и нижнюю грани, частично заполненные жидкостью. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что устройство для перемещения приемника звука выполнено в виде упругой пластины, закрепленной одним концом на параллелепипеде, а регистратор амплитуды колебаний выполнен в виде малоинерционного светового индикатора, установленного вместе с приемником звука на другом конце упругой пластины, расположенной с возможностью перемещения при ее изгибе приемника звука и светового индикатора в зоне размещения открытых концов резонаторов.