Thực hành vật lý đại cương - Khảo sát sóng dừng trên sợi dây

Mục đích thí nghiệm Khảo sát sự truyền sóng trên dây: sóng tới, sóng phản xạ, giaothoa sóng, sóng dừng, cộng hưởng sóng dừng. 2. Đo được bước sóng và xác định được vận tốc truyền sóng trên sợi dây
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thực hành vật lý đại cương - Khảo sát sóng dừng trên sợi dây THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Bài 5. KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂYI. Mục đích thí nghiệm 1. Khảo sát sự truyền sóng trên dây: sóng tới, sóng phản xạ, giao thoa sóng, sóng dừng, cộng hưởng sóng dừng. 2. Đo được bước sóng và xác định được vận tốc truyền sóng trên sợi dâyII. Tóm tắt lý thuyết Phương trình dao dộng sóng của sợi dây OB : x0 = asin2πft(5.1) Vận tốc truyền sóng trên sợi dây: F v (5.2) Phương trình dao động tại điểm M cách B một đoạn y  MB :  Ly x1M  a.sin 2  ft     (5.3) vVới λ là bước sóng xác định bới hệ thức:  f(5.4) Tương tự, sóng tới từ đầu O gây ra tại đầu B một dao động x1B :  L x1B  a.sin 2  ft    (5.5) Khi tới đầu B, sóng bị phản xạ ngược lại. Vì đầu B cố định, nênsóng phản xạ từ B ngược pha so với sóng tới B sao cho độ dời của Bluôn bằng không, tức là: xB = x1B + x2B = 0  L Suy ra: x2B   x1B   a.sin 2  ft    (5.6) Như vậy sóng phản xạ từ B gây ra tại M một dao động x2M :   y  L x   a.sin 2  f t     2M   v  (5.7) Ta cũng có độ dời của dao động tổng hợp tại M: xM = x1M + x2M(5.8) Thay (5.3), (5.6) vào (5.7), ta tìm được phương trình dao động tổng  L hợp tại M: xM  A.cos 2  ft     (5.9) 2 yVới biên độ: A  2a.sin (5.10) Với lực căng F cho trước, biên độ dao động tại các bụng sóng chỉđạt giá trị cực đại ổn định khi độ dài L của sợi dây thỏa mãn điều kiện:  L  OB  k . với k = 1, 2, 3,… 2(5.11) Thay vào (5.2), (5.4) vào (5.11), ta tìm được: 2L 1 F   k f (5.12) Với sợi dây có độ dài L cho trước, ta lần lượt thay đổi tần số f củanguồn sóng và lực căng F tác dụng lên sợi dây để khảo sát sóng dừngtrên sợi dây khi có cộng hưởng với k = 1, 2, 3,…bụng sóng. Từ đó,xác định được bước sóng λ và vận tốc v của sóng truyền trên sợi dây:v = λf (5.13)III. Kết quả thí nghiệm1. khảo sát cộng hưởng sóng dừng trên sợi dây. Xác định bước sóng và vận tốc truyền sónga) Bảng 1: Khảo sát độ dài L của sợi dây khi có cộng hưởng sóng dừng. - Lực căng: F=1,0N ; - Tần số kích thích: f = 30 Hz v= f 2L k L (mm)  (m)  ( m ) ∆ v (m/s) k (m/s) 1 295 0,59 0,011 17,7 0,02 2 484,3 0,48 0,008 14,4 0,02 3 678,3 0,45 0,011 13,5 0,02 4 900 0,45 Với k = 1: 290  300  295 2 L 2.295.10 3L  295 (mm),     0,59 (m) 3 k 1 295  290  295  300  295  295L   3,33 (m) 3 L 3,33    0, 011 (m) ; v = λf = 0,59.30 = 17,7 (m/s) L 295  0, 01v    0, 02 (m/s)  0,59 Với k = 2: ...