To tylko jedna z 5 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
INSTYTUT FIZYKI
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 11 TEMAT: Wyznaczanie prędkości dźwięku
metodą składania drgań elektrycznych.
DATA: OCENA:
Cel ćwiczenia:
- zapoznanie się ze zjawiskiem falowym;
wyznaczenie prędkości rozchodzenia się fal dźwiękowych w po-
wietrzu w zależności od ich częstości.
Część teoretyczna:
Drgania ciał umieszczonych w ośrodku sprężystym stanowią źródła zaburzenia, które dzięki własnościom sprężystym ośrodka rozprzestrzenia się w nim. Takie rozprzestrzeniające się zaburzenie, któremu towarzyszy przenoszenie energii i pędu przez cząsteczki ośrodka bez zmiany ich średniego położenia, nazywa się falą. Jeśli częstość wzbudzonych drgań jest z zakresu 16Hz - 20kHz, mówimy o fali dźwiękowej.
Drgania falowe są drganiami zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. Rozchodzą się ze skończoną prędkością. Oto klasyczne równanie falowe:
Opisuje rozprzestrzenianie się małych zaburzeń sprężystych, a także fal świetlnych w próżni. Funkcja falowa Ψ(z,t) może oznaczać każdą z wielkości podlegających zaburzeniu, np. wychylenie cząsteczki z położenia równowagi, zmiany ciśnienia, gęstość, natężenie pola elektrycznego, itd.
Stosując równanie Newtona do małej masy gazu podlegającej małemu zaburzeniu dla jednowymiarowej fali dźwiękowej w ośrodku jednorodnym i izotropowym, otrzymujemy:
gdzie: p - ciśnienie,
ρ - gęstość,
wskaźnik 0 dotyczy warunków w stanie niezaburzonym.
Opis układu pomiarowego:
Układ składa się z generatora akustycznego, głośnika, mikrofonu, wzmacniacza i oscyloskopu elektronicznego. Pozwala na wytworzenie dwu drgań elektrycznych, przesuniętych względem siebie w fazie i obserwację ich złożenia. Do pary płytek X oscyloskopu, w którym wyłączono podstawę czasu, przykładamy napięcie bezpośrednio z generatora. Do pary płytek Y sygnał dociera drogą przez głośnik, mikrofon oraz wzmacniacz i jest opóźniony w fazie w stosunku do sygnału na płytkach X. Opóźnienie to wynika z różnicy prędkości fali akustycznej i elektromagnetycznej. W zależności od odległości głośnik-mikrofon zmienia się przesunięcie fazowe między obydwoma sygnałami i na ekranie oscyloskopu obserwujemy odpowiadające im krzywe Lissajous. Przesunięcie mikrofonu z położenia z
(…)
…), obrazem będzie również elipsa, tak samo usytuowana. Można więc wyznaczyć długość fali, a znając częstość drgań - wyznaczyć prędkość fali. Głośnik nie emituje fali płaskiej. Amplituda emitowanej fali maleje ze wzrostem odległości od głośnika. W związku z tym pomiar λ można przeprowadzić na podstawie usytuowania dwu rodzaju figur: elips o półosiach pokrywających się z osiami współrzędnych (x,y) ekranu…
…, przy którym odcinek nie „rozdwaja się” w elipsy, może posłużyć do wyznaczenia długości fali i do oceny błędu bezwzględnego Δλ pojedynczego pomiaru.
Część pomiarowa:
Tabela pomiaru:
Nr pomiaru
1kHz
2kHz
3kHz
4kHz
5kHz
1
155mm
135mm
185mm
135mm
157mm
2
530mm
328mm
267mm
217mm
228mm
3
860mm
516mm
399mm
313mm
298mm
4
-
710mm
532mm
400mm
370mm
5
-
-
648mm
493mm
439mm
6
-
-
765mm
575mm
512mm
7
-
-
877mm
675mm
528mm
8…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)