計算物理

對弦振動共振波形及波的傳播速度測量實驗的數(shù)據(jù)分析

正弦波沿著拉緊的弦傳播怎虫,可用等式(1)來描述朗涩。如果弦的一端被固定,那么當波到達

端點時會反射回來浩螺,這反射波可表示為:

在保證這些波的振幅不超過弦所能承受的最大振幅時拉盾,兩束波疊加后的波方程為:

以上分析是假定駐波是由原波和反射波疊加而成的桨菜,實際上弦的兩端都是被固定的,在驅(qū)動線圈的激勵下捉偏,弦線受到一個交變磁場力的作用倒得,會產(chǎn)生振動,形成橫波夭禽。當波傳到一端時都會發(fā)生反射霞掺,一般來說,不是所有增加的反射都是同相的讹躯,而且振幅都很小菩彬。當均勻弦線的兩個固定端之間的距離等于弦線中橫波的半波長的整數(shù)倍時,反射波就會同相蜀撑,產(chǎn)生振幅很大的駐波挤巡,弦線會形成穩(wěn)定的振動剩彬。當弦線的振動為一個波腹時酷麦,該駐波為基波,基波對應(yīng)的的駐波頻率為基頻喉恋,也稱共振頻率沃饶。當弦線的振動為兩個波腹時母廷,該駐波為二次諧波,對應(yīng)的的駐波頻率為基頻的兩倍糊肤。一般情況下琴昆,基波的振動幅度比諧波的振動幅度大。

另外馆揉,從弦線上觀察到的頻率(即從示波器上觀察到的波形)一般是驅(qū)動頻率的兩倍业舍,這是因為驅(qū)動的磁場力在一個周期內(nèi)兩次作用于弦線的緣故。當然升酣,通過仔細的調(diào)節(jié)舷暮,弦線的駐波頻率等于驅(qū)動頻率或者其他倍數(shù)也是可能的,這時的振幅會小些噩茄。下面就共振頻率與弦長下面、張力、弦的線密度之間的關(guān)系進行分析绩聘。只有當弦線的兩個固定端的距離等于弦線中橫波對應(yīng)的半波長的整數(shù)倍時沥割,才能形成駐波,即有:

其中L為弦長凿菩,為駐波波長机杜,n為波腹數(shù)

另外,根據(jù)波動理論蓄髓,假設(shè)弦柔性很好叉庐,波在弦上傳播速度(V)取決于兩個變量:線密度和弦的拉緊度(T),其關(guān)系式為:

如果已知f值時会喝,則可求得線密度:弦長(cm)


給出實驗數(shù)據(jù):1不同弦長拉緊弦的共振波頻率

作圖分析? 可得 ?the?code

2不同張力時的共振頻率


作圖分析 ?the code


收獲

一個學期的學習雖然沒能很好的掌握python的編程和語法陡叠,但簡單的作圖分析還是可以做到的,希望在以后的學習中能更進一步

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