Universitatea M; nchen, FK06, Labor f; r fizica și didactica valează prin experimente
SW 2.6 Jgheab de undă cu iluminare stroboscopică - descrierea experimentelor
3.12 Dispersia valurilor de suprafață a apei
- Măsurarea lungimii de undă λ în funcție de frecvența de excitație f
- Determinarea vitezei de fază v = λ • f la diferite lungimi de undă.
- Reprezentarea grafică a v în funcție de λ.
Descriere
În cazul undelor de suprafață ale apei, forța greutății și tensiunea superficială acționează asupra particulelor rotative ca forțe respingătoare.
Pentru undele lungi predomină forța de greutate (unde gravitaționale). Pentru viteza lor de propagare v primesti:
(1)
Acolo v crește odată cu creșterea λ, se vorbește despre dispersie normală.
Tensiunea superficială predomină pentru undele a căror lungime de undă este mai mică de 1 cm (unde capilare). În plus față de tensiunea superficială σ, viteza de propagare depinde vk al undelor capilare depinde de densitatea ρ și de lungimea de undă λ.
(2)
Acolo vk crește odată cu scăderea lungimii de undă λ, se vorbește despre dispersie anormală.
În zona de tranziție, greutatea și tensiunea superficială au un efect de împingere (unde gravitaționale capilare). Viteza de propagare în acest interval de lungimi de undă este:
(3)
Pentru cazurile limită de unde foarte lungi și foarte scurte, relația (3) se schimbă în expresii (1) și (2).
În punctul în care cele două dispersii se curbează vk (λ) și vs (λ) merge, la vs = vk, undele capilare se transformă în unde gravitaționale. Lungimea de undă corespunzătoare λs, k este obținută din:
Cu σ = 0,07 Nm -1, g = 9,81 ms -2 și ρ = 10 -3 kgm -3 obținem:
Viteza de propagare asociată vs, k se obțin din (3). Este viteza de fază minimă care poate apărea pentru valurile suprafeței apei la o anumită tensiune superficială:
vs, k min = 0,23 ms -1
La λs, k curba de dispersie în scădere se schimbă în curba de dispersie în creștere vs (λ).
1 excitator pentru unde circulare (27)
1 conducător
1 contor digital
1 element foto STE BPY 47
1 cablu de măsurare BNC/4 mm
1 bază de trepied
1 tijă de stand
2 dopuri cu prize longitudinale și transversale
1 tijă de stand 47 cm
1 tijă de stand 25 cm
1 soclu Leybold
Detergent de vase
în plus: bandă
recomandat: aparat de filmat alb-negru (de ex. HP5 Ilford)
trepied
Introduceți elementul foto cu dopurile în tija suportului și atașați-l la materialul suportului, astfel încât elementul foto să poată fi adus în calea fasciculului stroboscopului. Conectați catodul elementului foto la solul contorului digital.
Setări pe contorul digital:
(a) Comutatorul domeniului de măsurare: domeniul de măsurare Hz; 10 s
(b) Comutator de sensibilitate la intrare:> 0,1 Vss
(c) Potențiometru pentru timpul de afișare: poziția de mijloc
Cu excitatorul pentru unde circulare la o adâncime a apei de aproximativ 1 cm, excitați undele circulare cu o frecvență de aproximativ 10 Hz.
execuţie
Sincronizați cu atenție excitatorul și stroboscopul cu reglajul fin (18) pentru toate frecvențele. Pentru a face acest lucru, modificați setarea fină doar în pași mici și așteptați un moment după fiecare modificare.
Pornind de la cea mai mică valoare, creșteți frecvența în trepte de la 2 Hz la 5 Hz. Dacă este necesar, reglați din nou amplitudinea undelor circulare pentru fiecare frecvență și efectuați sincronizarea.
Înregistrați frecvența și lungimea de undă asociată în raportul de măsurare. Determinați lungimea de undă λ pe cel puțin 2 lungimi de undă ale imaginii λB.
Pentru a facilita măsurătorile, este utilă o evaluare fotografică. Faceți o fotografie pentru fiecare frecvență dintr-o locație fixă (trepied) și după o sincronizare atentă determinați frecvența de excitație.
Evaluare fotografică, adâncimea apei h ≈ 1,2 cm, apă cu puțin lichid de spălat
Fig. 2: Serii foto din evaluarea fotografică
vteoria a fost calculată cu σ = 0,07 Nm -1. Valorile măsurate depind sensibil de tensiunea superficială.
Rezultat și evaluare
Viteza de fază a undelor apei depinde de lungimea de undă. Pentru undele capilare (λ -1 și are loc la o lungime de undă între λ = 1 cm și λ = 1,5 cm.
Pentru lungimi de undă mai mari de 1,5 cm, este indicată aria dispersiei normale.
Trecerea de la dispersia anormală la cea normală descrisă de teorie și apariția unei lungimi de undă la, mbda; min. pentru care viteza de fază este minimă se poate observa. Cantitățile de, mbda; min și vmin concordă destul de bine cu valorile teoretice.
(4)