Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Хвилі знайомі нам із багатьох різних ситуацій:
коли різко сідаєш у ванну, під час відпочинку на пляжі або з новин - як стихія.
Але як саме поширюються хвилі? І як на це впливає глибина води? Чи є хвилі й у глибокій воді, і чи видно їх там на поверхні як хвилі?
У цьому досліді відповіді шукають за допомогою приладу для хвиль на воді.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Учні та студенти вже мають бути обізнані з утворенням і поширенням хвиль.
Принцип
Хвилі на воді поширюються в області з дуже малою глибиною повільніше, ніж в областях більшої глибини.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні та студенти за допомогою хвильової ванни і приладу для хвиль на воді вимірюють різні швидкості поширення хвиль і тлумачать їх.
Завдання
Учні та студенти складають прилад для хвиль на воді й утворюють у такий спосіб різні хвилі, швидкість поширення яких вимірюють.
Інша інформація (3/3)
У принципі, ще більше знижуючи рівень води, можна дістати й вищі показники заломлення. Проте що менша глибина води, то більше згасання хвиль, аж поки вони проникають у зону мілкої води лише на кілька сантиметрів. Точні спостереження і кількісні вимірювання тоді вже неможливі. Поведінка зон мілкої води аналогічна до поведінки скла із сильним поглинанням. Тому заломлення хвиль на воді ніколи не вдається продемонструвати без значних втрат на поглинання.
Довжина хвилі, а отже й швидкість поширення, у мілкій воді менша, ніж у глибокій. Приклад вимірювання наведено в таблиці нижче:
| f / Гц | n* / см | n | / см | c / см/с | |
|---|---|---|---|---|---|
| глибока вода | 22 | 4,2 | 3,5 | 1,20 | 26,40 |
| мілка вода | 22 | 3,6 | 3,5 | 1,03 | 22,63 |
Правила безпеки
- Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
У хвильову ванну приладу для хвиль на воді кладуть прямокутну пластину з акрилового скла. Рівень наливання води добирають так, щоб дзеркало води було лише трохи вище за пластину. Довжину хвилі вимірюють в області глибокої води і в області над акриловою пластиною.
За частотою збудження, встановленою на приладі для хвиль на воді, і за виміряною довжиною хвилі визначають обидві різні швидкості поширення.
Хвилі на воді під час переходу з області великої глибини в область дуже малої глибини поводяться так само, як світлові хвилі при переході, наприклад, з повітря у скло. Так само як для світла швидкість поширення у склі менша, ніж у повітрі, хвилі на воді мають у мілкій воді меншу швидкість поширення, ніж у глибокій. У наведеному прикладі вимірювання переходові з глибокої води в мілку відповідає показник заломлення 1,17 (відношення швидкості поширення в глибокій воді до швидкості поширення в мілкій).
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Прилад PHYWE для хвиль на воді зі світлодіодним джерелом світла, повний комплект | 11260-88 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання та виконання - частина 1
Складання
- Збудник плоских хвиль закріплюють на важелі збудника і підводять до нижнього краю ванни.
- У хвильову ванну кладуть прямокутну пластину з акрилового скла з набору об'єктів для заломлення (рис. праворуч).
- Пластина має бути повністю вкрита водою.
- Фронт хвилі (1) із довжиною хвилі , утворений збудником плоских хвиль, поширюється над прямокутною пластиною (2) далі вже зі зміненою довжиною хвилі (3) (рис. праворуч).
Схема досліду
Складання та виконання - частина 2
Виконання (1/2)
- Ретельно відюстувавши збудник хвиль і хвильову ванну, на приладі для хвиль на воді встановлюють частоту збудження в межах від 18 до 25 Гц і добирають таку амплітуду збудження, щоб хвильова картина була чіткою.
- Далі промивалкою відсмоктують із хвильової ванни стільки води, щоб над прямокутною пластиною було помітне виразне вкорочення довжини хвилі. При цьому пластина має лишатися повністю зануреною у воду.
- Після цього вмикають стробоскопічне освітлення, щоб дістати нерухому хвильову картину
( f = 0). - Тепер звичайною лінійкою можна визначити довжину хвилі поза пластиною і в області над нею просто на лабораторному столі.
Складання та виконання - частина 3
Виконання (2/2)
- Для цього вимірюють відстань між двома якомога далі рознесеними гребенями і ділять це виміряне значення на кількість (n) довжин хвиль, що припадають на цей проміжок.
- Виміряні значення разом зі встановленою частотою і швидкістю поширення, яку треба обчислити (c = *f), заносять до таблиці.
- Виразно помітне вкорочення довжини хвилі над пластиною (контур виділено штрихами). Число 3 показує кількість (n) хвильових цугів між відповідними точками вимірювання (рис. праворуч).
Миттєвий знімок відповідно до рисунка зі схемою досліду
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання