Задача 4: Волны вариант 20

Задача 4-3 для вариантов с 18 по 22

Для прямого вертикального волновода (трубы) длиной l , расположенного в среде (воздухе или воде), как указано на соответствующем рисунке, необходимо:

• вывести формулу для возможных частот продольных волн, возбуждаемых в волноводе, при которых в нём образуется стоячая волна;
• указать какая частота колебаний является основной, а какие частоты относятся к обертонам (к высшим гармоникам);
• определить частоту и длину волны i-ой гармоники;
• для этой гармоники нарисовать вдоль волновода качественную картину:

1. а) стоячей волны амплитуд смещений;
2. б) стоячей волны амплитуд давлений.

При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что в том месте, где расположен узел стоячей волны смещений, то в этом месте будет пучность стоячей волны давлений и наоборот. Исходные данные для каждого варианта задачи представлены в таблице № 18.
Скорость звука в воде с₁ =1500 м/c, а в воздухе с₂=340 м/c.
Таблица 18 Дополнительные пояснения.
На рис. 46 волновод открыт с обоих концов. На рис. 43, 44, 45, 47 волновод на одном конце имеет жёсткую пластину, а другой его конец свободен. На рис. 46, 47 - открытый нижний конец волновода совпадает с границей раздела сред (воздух-вода), а другой конец волновода открыт и находится полностью в воздухе (рис. 46), либо закрыт жёсткой пластиной (рис.47).