Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Услышав их однажды, вы сможете различать их и при слабом дутье. Нужно сказать, что нег простого «одномерного» способа вычисления более высоких резонансных частот. Вы обнаружите, что две бутылки различной формы имеют Различные отношения частот для своих первой и второй или третьей мод. 4.15. Опыт. Скорость звука в воздухе, гелии и природном газе.
Возьмите обыкновенный свисток, подуйте в него и запомните тон звука. Теперь подсоедините свисток к резиновому баллону с гелием (который можно иметь в любой физической . лаборатории) и воспроизведите свист, используя струю гелия. Каким теперь будет тон слышимого вами звука? Измерьте зкспериментачьно отношение тонов звука в случае гелия и воздуха. Наиболее легкий способ — это отождествление тонов и затем определение частот по таблице.
(Воспользуйтесь справочником по физике нли посмотрите домашний опыт 2.6.) Покажите, что теоретически ожндаемае отношение тонов равно примерно а/м Экспериментальное значение близко к 2,5. Объясните, почему> Може~е ли вы улучшить этот эксперимент? В каком соотношении находятся длины волн звука з свистке в случае гелия и воздуха? Вл>есто гелия илв воздуха используйте нейтральный газ, подсоеданнв свисток с помощью шланга х газу. Чему равно отношение тонов? Что можно узнать о молекулярных свойствах газа, измеряя отношения тонов для газа и для воздуха? 4.17. Найдите среднекнадратичное значение электрического поля (усредненного по всем частотам) на расстоянии! и ат 40-наггной лампы.
4.18.. Опыт. Излгервнггв солнечной пагтаяинвй ни поверхности Звлти. Зтат опыт описан в п.4.4. на стр. ! 94. Сделайте его н дайте ответ в вт!см". Чтобы уменьшить инфракрасное излучение (т. е. тепло), поступающее от лампы к векам, поместите между лампой н глазами одну илк несколько стеклянных пластин, которые будут выполнять роль <атлгасферьа>, в значительной степени поглощающей инфра. красное излучение Солнца. Таким образом, ограничив себя видимым светом (сбнаруживаемым ззкрытыми глазами), вы сможете определить солнечную постоянную вне земной атмосферы.
Температура вольфрамовой нити меньше теыпературы Солнца, а спектр длин полн зависит ат цвета. Постройте график зависимости нспущеииай энергии от длины волны для Солнца с температурой на поверхности около 5000 'К и для вольфрамовой нити с температурой около 3000 'К и оцените часть полного потока, регистрируемую глазами в обоих случаях. Переоценили вы или недооценили полный поток от Солнца (включая невидимую часть спектра), сраввизая его с потоком от лампы в видимом тиапззоне частот? 4.19. Скорость счета фвтоумнозеителл. Предположим, что мы имеем фотоумножитель со следующими параметрами: площадь фотокатода=! см', эффективность фотокатода (усредненная по видимому спектру)=5вое. Предположим далее, что у нас есть свеча, которая испускает видимый свет мощностью в 1 св. Как далеко должна находиться свеча ат фотоумножителя, чтобы его скорость счета была равна !О отсчетам в секунду? (Очевидна, скорость счета определяется частотой попадания фотонов на фотокатод.
Мы хотим, чтобы она была такой пивной, пабы можно было сосчитать отдельные попадания.) Каким должно быть агнерстнс в непрозрачном экране, установленном между фотоумножителем и свечой, находящейся на расстоянии 1 м, чтобы скорость счета была такой же? (Е д н н иц ы. Фотон с энергией 1 эв иыеет длину волны порядка !2 345 А (последнне две цифры не совсем верны, однако все число дает очень удобное мнелюническое правило). Если энергия фотона равна 2 вв, то Х=-6170 йм Считайте, что все фотоны саатеетств) ют зеленому свету, т.
е. 5500 Л. Запомните также, по 1 вв — 1,6 !О-ы зрз.) 4.20. Зеркало на спутнике. Предположим, что фермеры штата Канзас, >ннэущие внутри круга диаметром 330 хм, хотят распахивать свои поля ночью при освещенности, эквивалентной освещенности от полной Луны, в течение всего месяца. Министерство сельского хозяйства решает установить для этого на спутнике Земли зеркало. Оцените его размер. Скажем заранее, что если бы фермеры хотели работать при освещенности, равной освещенности ат полного Солнца, то плошадь самого маленького зеркала, которое смогло бы их удовлетворить, равиялзсь бы примерно площади штата. При современной техяологии создание такого спутника невозможно.
О т в е т. Лиаметр зеркала должен быть в 8.10а раз меньше диаметра освещаемого им района. Поэтому диаметр зеркала равен 330 ьм,'800=-410 м. Это почти возможно! 4.21. Лунный свет. В соответствии с табл. 4.3 п.4.4 40-ваттная лампа с эффективным диаметром 2 см обеспечивает на расстоянии 6,4 м ту же освещенность, чта и Луна. Используйте эти данные вычисления оснащенности, создаваемой светом от полной Луны, в единицах мхвт>см' оснещеннай поверхности. О т в е т. Значение освещенности лежит между 0,1 и 0,2 мквт/смз. 4.22. Солнечный свет. Солнце, рассматриваемое с Земли, стягивает примерно тот же телесный угол, что и Х!унз, (Если вы собираетесь проверить это с помощью линейки, расположенной на расстоянии вытянутой руки аг глаза, то не забудьте воспользоваться соответствующим фильтром или системой из двух почти скрещен- ных поляраидов.) Используйте табл.
4.3 п,4.4 и результаты задачи 4.21 для определения освещенности, создаваемой Солнцем. О т в е т. Окало 90 мвт!см» для видимого света. 4.23. Световая эффективность Солнца. Предположим, что весь видимый свет от Солнца проникает через зел«ную атмосферу с пренебрежимо малыми потерями. Используйте результаты задачи 4.22, а также значение солнечной постоянной вне атмосферы Земли, взятое нз справочника, для подсчета световой эффективности Солнца.
Сравните полученный результат со значением световой эффективности дампы. (По справочнику, 5000-ваттная лампа на 127 в имеет эффективность, равную 4,7%.) 4.24. Опыт. Измерение мощности и световой эффективности электрической ламам. Для этога опыта нам понадобится лампа накаливания (либо с прозрачным, либо с матовым баллоном), свеча, две восковые пластинки («домашний воск», используемый для запечатывания домашних консервов, желе и джемов) и кусок алюминиевой фольги. Эталоном будет служить свеча. Мы предполагаем, что эта свеча близка к стандартной свече, т.
е. испускает свет мощвостью около 20 мвт в видимой области спектра. Параметры лампы неизвестны. Однако полная мощность лампы известна и указана на баллоне. Выходную люшиость лампы в видимом диапазоне можно измерить сравнением со свечой. Положите алюминиевую фольгу между двумя пластинками парафина. Поднесите этот «бутерброд» из ал«о»«инни и парафина к свече.
Запомните яркость пластинки, обращенной к свече, и те»«ноту второй пластинки, следующей за фольгой. Теперь поднесите этот «бутерброд» к лампе. Далее (вечером, когда зажжена только свеча и горит лампа) расположите парафиновый детектор между лампой и свечой так, чтобы каждая пластинка освещалась одним источником. Найдите положения источников, при которых две пластинки будут освещены одинаково.
Измерьте зти расстояния. Теперь дело за арифметикой (используйте закон обратных квадратов). Ответ для мощности лампы дайте в свечах и ваттах (предполагая, что свеча — это эталон). Определите эффективность лампы. С несколько более сложным оборудованием вы могли бы определить освещенность от Солнца в видимом диапазоне в едивицах вт(смэ или (считая, что! св/см»= =20 мвт)см») в св/см». У вас могут быть осложнения, связанные с наличием фонового освещения. В этом случае используйтс более сильную лампу, мощностью порядка 200 вт.
Возможно, вам понадобится кол тиматор в виде трубы, или кусок картона с соответствующими отверстиями, или темная ткань. Откалибруйте лампу в свечах так, как это было указано выше. Найдите расстояние лампы до парафина, при котором получается та же освещенность, что и от Солнца. Зная геометрию системы, вы можете вычислить поток от лампы в единицах св!см» и таким образом определить освещенность от Солнца в единицах св/см». 4.25. Опыт. Электрические ламп»«с матовым баллоном. Возьмите две одинаковые лампы с матовым и молочным баллоном.
Включите их. Обратите внимание на нркую сердцевину матовой лампы. Свет же от молочной лампы более однороден. Поэтому лампа с матовым баллоном имеет меньшую эффективную поверхность, чем лампа с молочным баллоном. Поскольку мощность ламп одинакова, то они, по-видимому, имеют одинаковый световой выход. В связи с этим поверхность внутренней сердцевины матовой лампы должна быть ярче. Посмотрите иа центральную область каждой зажженной лампы через круглое отверстие, образонанное вашими пальцами. Руку держите на одном н том же расстоянии от глаз, так чтобы телесный угол был одним и тем же.
Какой баллон ярче (в центре)» Измерьте диаметр площади внутренней сердцевины матовой лампы с помощью линейки. (Возможно, для этого вам понадобится уменьшить яркость лампы. В этом случае смотРите на лампу через частично скрещенные поляронды.) Предскажите и вычислите отношение поверхностной яркости для двух баллонов, взяв за основу «эффективную сферу» с диаметром, равным диаметру яркой сердцевины матовой лампы. Теперь измерьте отношение поверхностных яркостей следующим образом. Поместите каждую лампу за картонным экраном с отверстием, открывающим только центральную часть каждой из ламп. Сделайте два отверстия одинаиового размера.
Расположите лампы так, чтобы они находились на расстоянии нескольких футов друг от друга и освещали друг друга через отверстия. Для измерения отношения поверхностных яркостей центральных областей ламп используйте технику «пара- финового бутерброда», описанного в опыте 4.24 Как ваш результат согласуется с вычислениями, основанными на модели «эффективной сферы»? Наконец, разбейте лампы и посмотрите, в чем отличие покрытия баллонов (заверните лампу в полотенце, прежде чем ее разбить), или поверьте нам, что внутренняя поверхность нато. вой лампы слегка шероховата, что достигается травлением кислотой или с помощью струи песка. Баллон же молочной лампы покрыт белой пудрой, которая представляет собой окись магния. При прикосновении пальцем пудра осыпается, обнажая чистую поверхность баллона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
