Prędkość dźwięku - omówienie ćwiczenia

wiczenie 15 „DWIK”
Temat: Prdko dwiku.
Cel: Wyznaczenie prdkoci dwiku w powietrzu dwoma metodami. Porwnanie otrzymanych wartoci.
Przyrzdy: Mikrofony, gonik, generator z czasomierzem, g. dekadowy, oscyloskop, awa optyczna, wzmacniacze.
Literatura: R. Resnick, D. Halliday, FIZYKA, t. I, 15-7, 19-1 do 19-3, 20-1 do 20-3 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, PODSTAWY FIZYKI, t. 2, 17.4, 17.5, 17.8, 17.9, 18.1 do 18.4. I. Metoda pomiaru.
Jednym z rodzajw ruchw mechanicznych jest ruch falowy, polegajcy na przenoszeniu energii z jednego punktu orodka do drugiego bez przenoszenia masy. Istot tego ruchu jest przekazywanie drga z jednego punktu orodka do ssiednich. Istniej rne rodzaje fal i jest kilka paszczyzn ich podziau. Ze wzgldu na kierunek drga czsteczek orodka fale dzielimy na poprzeczne i podune. Fal nazywamy poprzeczn jeli drgania czsteczek orodka zachodz w paszczynie prostopadej do kierunku rozchodzenia si fali, a podun gdy drgania te odbywaj si zgodnie z kierunkiem rozchodzenia si fali.
Prdkoci fali nazywamy prdko z jak rozchodzi si w przestrzeni zaburzenie w orodka. Prdko ta zaley od tego jak szybko jedna czsteczka orodka, wychylona z pooenia rwnowagi, wytrci z pooenia rwnowagi czstk ssiedni. To za jest uzalenione od si sprystoci orodka i bezwadnoci czsteczek tego orodka. Fale, ktre s rejestrowane przez zmys suchu czowieka nazywamy dwikowymi. Fale dwikowe rozchodzce si w orodkach gazowych s falami podunymi. Prdko tych fal w orodkach gazowych okrela wzr: (1)
gdzie R- staa gazowa, T- temperatura bezwzgldna, - masa molowa gazu, - wykadnik Poissona dla gazu.
Celem wiczenia jest wyznaczenie prdkoci dwiku w powietrzu dwoma metodami:
1. Metoda bezporednia Krtkotrway impuls elektryczny wytwarzany przez generator GC (rys.1) dopywajc do gonika G powoduje powstanie fali dwikowej, ktra dociera kolejno do mikrofonw M1 i M2, lecych na promieniu fali.
W mikrofonach sygna akustyczny przetwarzany jest na impulsy elektryczne, ktre po wzmocnieniu docieraj do czasomierza znajdujcego si we wsplnej obudowie z generatorem GC. Wyznaczajc czas t przemieszczenia si fali dwikowej midzy dwoma mikrofonami i mierzc odlego midzy nimi x, obliczamy prdko fali korzystajc ze wzoru:
. (2)
Metoda porednia
W tej metodzie wykorzystuje si ukad, ktrego schemat blokowy przedstawia rys.2. Mikrogonik G zasilany przez generator dekadowy Gd emituje harmoniczn fal dwikow o znanej czstoci. Fala ta dociera do dwch mikrofonw M1 i M2 odlegych od siebie o x. Sygnay odbierane przez mikrofony rni si w fazie o

(…)

… 0.1 V.
5. Wczy poszczeglne elementy ukadu.
6. Ustawi odpowiedni poziom dwiku pokrtem "wzmocnienie" we wzmacniaczu mocy Wm uzyskujc jedna z figur Lissajous.
7. Zmieni pooenie mikrofonw do uzyskania odcinka na ekranie oscyloskopu, notujc parametry pooenia mikrofonw na awie optycznej oraz nachylenie odcinka prostej na ekranie oscyloskopu.
8. Wykona pomiary dla 5 rnych czstotliwoci sygnau sinusoidalnego…
… do zaciskw, odchylania poziomego i pionowego w oscyloskopie doprowadzimy sygnay o tej samej czstoci, na ekranie otrzymamy obraz w postaci elipsy, ktrej ksztat zaley od rnicy faz sygnaw .
Oglnie wychylenia wzdu osi x i y opisane s wzorami: i W zalenoci od wartoci rwnania te przedstawia elips lub odcinek (rys.3).
Rys.3. Ksztaty toru zakrelanego przez punkt poddany drganiom harmonicznym wzajemnie prostopadym…
... zobacz całą notatkę