|
|
Эксперимент по акустике
в 8 классе
|
На крюк в стене
(на худой конец, на ручке запертой классной комнаты), на высоте
около метра, закрепляется один конец десятиметрового пластикового
шланга, наполненного водой для уменьшения скорости волн. Диаметр
шланга около 10 мм (годится шланг от водяного уровня, продающийся
в хозяйственных магазинах). Чтобы вода не выливалась из шланга,
оба конца можно закупорить "пробками" из деревянных
затычек и т. п., укрепленных для верности скотчем. Второй конец
шланга учитель держит в руках, натягивая его таким образом,
чтобы он не лежал на полу, а нависал над ним на высоте около
полуметра. Опыт начинается с того, что учитель дергает вверх
свободный конец шланга, в результате чего по нему бежит одиночная
волна в направлении крюка, затем она отражается от него и возвращается
назад. Так повторяется несколько раз. При необходимости скорость
движения волны можно увеличить, натягивая шланг посильнее. Однако
чем медленнее бежит волна, тем лучше - легче наблюдать весь
процесс. С помощью секундомера приближенно определяется скорость
перемещения бегущей волны; для этого его запускают в момент
рывка рукой и останавливают, когда руки касается отраженная
волна. Измерения несколько раз повторяют, чтобы затем вывести
среднее время пробега. После этого остается лишь разделить удвоенную
длину шланга (20 м) на полученное среднее значение, округленное
до десятых долей секунды - получится скорость перемещения волны
(этот результат также округляется с точностью до метра в секунду).
В дальнейшем натяжение шланга желательно не менять.
Следующим шагом является запуск двух одиночных бегущих волн
(все волны запускаются в вертикальном направлении движением
руки вверх-вниз), причем интервал между ними выдерживается таким
образом, чтобы вторая волна стартовала в тот момент, когда первая,
отражается и начинает путь назад. Тогда при достаточной внимательности
детей (об этом надо предупредить особо) можно заметить их взаимодействие
в середине шланга. Здесь учителю приходится специально направлять
внимание детей и просить их пронаблюдать, что происходит, когда
волны встречаются. Наблюдения описываются и опыт вновь повторяется,
чтобы все действительно увидели, как волны накладываются друг
на друга.
Третьим этапом эксперимента является непрерывный запуск бегущей
волны. Главное здесь - подобрать путем проб и ошибок подходящую
частоту колебаний конца шланга, так чтобы получилась одна волна,
непрерывно убегающая от руки учителя. Отразившись, она возвращается
назад и складывается с новой набегающей волной. И если частота
колебаний существенно не меняется и подобрана верно, возникает
стоячая волна с четко различимыми пучностями и узлами. Через
некоторое время вертикальные колебания переходят во вращательные
движения шнура, с пучностями и узлами в тех же местах. Это движение
оказывается довольно устойчивым и учителю достаточно сопровождать
своей рукой такт колебаний, диктуемый рывками возвращающейся
волны. Учитель говорит, что соответствующие места называются
узлами и пучностями, дети производят их подсчет и определяют
на глазок расстояния между соседними узлами. (Некоторые дети
успевают проследить за процессом образования стоячей волны -
их описания представляют максимальную ценность). После описания
опыт рекомендуется повторить.
Завершающим аккордом этого опыта может быть увеличение частоты
колебаний свободного конца шланга, которое также подбирается
эмпирически (примерно вдвое быстрее). При этом в новой стоячей
волне устанавливается вдвое большее число узлов и пучностей.
(После урока желающим можно предложить "поймать" стоячую
волну самостоятельно.)
|
Волны
на шнуре
|
| |
|
|
|
