Волны - Крауфорд Ф.
Скачать (прямая ссылка):
более высокие моды. Услышав их однажды, вы сможете различать их и при
слабом дутье. Нужно сказать, что нет 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.
4.16. 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
экспериментально отношение тоиов звука
205
в случае гелия и воздуха. Наиболее легкий способ - это отождествление
тонов и затем определение частот по таблице. (Воспользуйтесь справочником
по физике или посмотрите домашний опыт 2.6.) Покажите, что теоретически
ожидаемое отношение тонов равно примерно 3/х. Экспериментальное значение
близко к 2,5. Объясните, почему? Можете ли вы улучшить этот эксперимент?
В каком соотношении находятся длины волн звука в свистке в случае гелия и
воздуха? Вместо гелия или воздуха используйте нейтральный газ,
подсоединив свисток с помощью шланга к газу. Чему равно отношение тонов?
Что можно узнать о молекулярных свойствах газа, измеряя отношения тонов
для газа и для воздуха?
4.17. Найдите среднеквадратичное значение электрического поля
(усредненного по всем частотам) на расстоянии 1 м от 40-ваттной лампы.
4.18.. Опыт. Измерение солнечной постоянной на поверхности Земли. Этот
опыт описан в п.4.4. на стр. 194. Сделайте его и дайте ответ в вт/см2.
Чтобы уменьшить инфракрасное излучение (т. е. тепло), поступающее от
лампы к векам, поместите между лампой и глазами одну или несколько
стеклянных пластин, которые будут выполнять роль "атмосферы", в
значительной степени поглощающей инфракрасное излучение Солнца. Таким
образом, ограничив себя видимым светом (обнаруживаемым закрытыми
глазами), вы сможете определить солнечную постоянную вне земной
атмосферы. Температура вольфрамовой нити меньше температуры Солнца, а
спектр длин волн зависит от цвета. Постройте график зависимости
испущенной 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), сравнивая его с потоком от лампы в видимом
диапазоне частот?
4.19. Скорость счета фотоумножителя. Предположим, что мы имеем
фотоумножитель со следующими параметрами: площадь фотокатода= 1 см2,
эффективность фотокатода (усредненная по видимому спектру)=5%.
Предположим далее, что у нас есть свеча, которая испускает видимый свет
мощностью в 1 св. Как далеко должна находиться свеча от фотоумножителя,
чтобы его скорость счета была равна 10 отсчетам в секунду? (Очевидно,
скорость счета определяется частотой попадания фотонов на фотокатод. Мы
хотим, чтобы она была такой низкой, чтобы можно было сосчитать отдельные
попадания.) Каким должно быть отверстие в непрозрачном экране,
установленном между фотоумножителем и свечой, находящейся на расстоянии 1
м, чтобы скорость счета была такой же? [Едини-ц ы. Фотон с энергией 1 эв
имеет длину волны порядка 12 345 А (последние две цифры не совсем верны,
однако все число дает очень удобное мнемоническое правило). Если энергия
фотона равна 2 эв,то Л=6170 А. Считайте, что все фотоны соответствуют
зеленому свету, т. е. 5500 А. Запомните также, что 1 эв= 1,6- 10-12 эрг.]
4.20. Зеркало на спутнике. Предположим, что фермеры штата Канзас, живущие
внутри круга диаметром 330 км, 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 от полного
Солнца, то площадь самого маленького зеркала, которое смогло бы их
удовлетворить, равнялась бы примерно площади штата. При современной
технологии создание такого спутника невозможно.
Ответ. Диаметр зеркала должен быть в 8- 102 раз меньше диаметра
освещаемого им района. Поэтому диаметр зеркала равен 330 /сж/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, что и Луна. Используйте эти данные вычисления освещенности,
создаваемой светом от полной Луны, в единицах мквт/см2 освещенной
поверхности.
Ответ. Значение освещенности лежит между 0,1 и 0,2 мквт/см2.
4.22. Солнечный свет. Солнце, рассматриваемое с Земли, стягивает примерно
тот же телесный угол, что и Луна. (Если вы собираетесь проверить это с
помощью линейки, расположенной на расстоянии вытянутой руки от глаза, то
