Стоячие волны

1. Наблюдение за суперпозицией и отражением слинки-импульсов

1. Протяните обтекаемую или стальную пружину вдоль пола или коридора, при этом один ученик будет держаться за один конец, а другой — за другой. Используйте ленту, чтобы отметить два продольных «барьера» примерно в футе от середины обтекаемости, с каждой стороны. Повторите то же самое с барьерами, которые находятся на расстоянии двух футов от середины с каждой стороны.
2. По очереди запускайте импульсы (дергая слинки на небольшое расстояние по горизонтали и сразу возвращаясь к исходной точке) с амплитудами, которые остаются в пределах отмеченных барьеров.
3. Затем попробуйте запустить идентичные импульсы с одинаковой полярностью одновременно с обоих концов и обратите внимание, что происходит, когда импульсы встречаются. Наложенная волна должна удвоиться по амплитуде, пересечь первые затворы и удариться о вторые затворы.
4. Теперь одновременно запускаем идентичные импульсы, но с противоположной полярностью, и наблюдаем за суперпозициями импульсов. Импульсы должны нейтрализовать друг друга, накладываясь друг на друга, а затем продолжать движение, никогда не касаясь барьеров.
5. Зафиксируйте один конец слинки, плотно удерживая его в нужном положении. Отправьте один импульс вниз в фиксированное положение и наблюдайте за амплитудой волны при отражении. Он будет отражаться обратно с противоположной полярностью.

2. Измерение частоты стоячих волн на пружине

1. Растяните обтягивающее устройство по комнате или коридору, измерьте и запишите его длину.
2. Зафиксировав один конец от движения (крепко удерживая), осторожно начните скользить другим концом горизонтально в постоянном движении, пока не найдете стоячую волну основной частоты. Для этой гармоники должен быть только один гребень волны с одной амплитудой, движущийся вперед и назад, как профиль скакалки в движении. Используйте секундомер, чтобы зафиксировать время, необходимое для нескольких волновых циклов. Один полный цикл начинается, когда пучность образуется с одной стороны, скользит по центру, образуя пучность с другой стороны, а затем возвращается в исходное положение. Используйте эти измерения для вычисления частоты, периода и длины волны для этой волны с помощью Уравнения 1 и 2.
3. Увеличивайте скорость скользящего конца до тех пор, пока не будет достигнута следующая гармоника (n = 2). Для этой гармоники должны быть два волновых гребня на противоположных сторонах, движущихся в противоположных направлениях, и это может выглядеть как 2D-проекция вращающейся буквы 's'. Измерьте частоту, затем рассчитайте период и длину волны для этой волны. Каково отношение этой частоты к основной частоте?
4. Повторите предыдущий шаг для следующей гармоники (n = 3).