Общие сведения. Физические основы эксперимента. При непрерывной работе источника звука в трубе лабораторной установки наблюдается распространение двух встречных волн: прямой от источника звука и обратной от
При непрерывной работе источника звука в трубе лабораторной установки наблюдается распространение двух встречных волн: прямой от источника звука и обратной от отражающего поршня 5. Эти волны накладываются друг на друга во всем пространстве от источника до отражателя и интерферируют. Рассмотрим результат их интерференции в некоторой точке М, находящейся на расстоянии 
от источника звука (см.рисунок 2а).
Рис.7.2.
Уравнение прямой волны, пришедшей в точку М:
(1)
Уравнение обратной волны:
, (2)
где 
и 
– смещения точек среды от положения равновесия.
– амплитуда колебания точек среды,
– циклическая частота колебаний точексреды,
– длина волны (расстояние между ближайшими точками волны, колеблющимися в одинаковой фазе),
– расстояние от источника звука до отражателя,
и 
– расстояния, пройденные от источника звука до точки М прямой и обратной волнами соответственно.
введенное в уравнение (2) « 
», учитывает тот факт, что при отражении волны от более плотной среды (что имеет место в данной лабораторной установке), фаза ее колебаний изменяется на противоположную (на ) [1].
Уравнение (2) можно переписать в виде:
(2´)
Результирующие колебания в точке М найдем как 
, то есть сложением уравнений (1) и (2’). С учетом того, что 
, в результате сложения и алгебраических преобразований получим:
, (3)
где 
– амплитуда результирующих колебаний.
Образованная в результате интерференции волна называется стоячей. Выражение (3) – это уравнение стоячей волны, в нем 
называется амплитудой стоячей волны.
Из уравнения (3) стоячей волны вытекает, что все точки волны совершают колебания с одинаковыми частотами с амплитудой, зависящей от координаты рассматриваемой точки. В точках, где амплитуда стоячей волны = 0, реализуется минимум интерференции. Такие точки в стоячей волне называются узлами. Следовательно, для узлов выполняется условие 
, (где 
= 0,1,2,…) отсюда координаты узлов можно записать так:
(4)
Из (4) определим расстояние между соседними узлами:
В точках стоячей волны, где 
– максимальна, образуются так называемые пучности. Их координаты можно найти из условия 
, или 
. Отсюда
. (5)
Расстояние между соседними пучностями не трудно найти из (5):
.
График амплитуды стоячей волны в зависимости от положения рассматриваемой точки среды от источника звука представлен на рисунке 2б.
Если подвижный поршень 5 лабораторной установки (рисунок 1) установить первоначально вплотную к источнику звука 3, а затем постепенно перемещать его, удаляя от источника звука, то всякий раз, когда расстояние между ними будет равно 
, (где 
= 1,2,…) в воздушном пространстве будет образована стоячая волна (рисунок 2б). Осциллограф на экране в этот момент будет фиксировать максимальную амплитуду колебаний.
Если эти положения поршня фиксировать по шкале 8, то можно найти расстояния между соседними узлами стоячей волны 
и, следовательно, найти длину звуковой волны 
. Зная длину волны , можно вычислить скорость звука в воздухе:
, (6)
где 
– частота колебаний мембраны динамика 3, происходящих с частотой звукового генератора.