Wydział EAIiE					Zespół 3
Grupa 2		Temat: Interferencja Fal Akustycznych			Ćwiczenie nr 25
Data wykonania	Data oddania	Zwrot do popr.	Data oddania	Ocena	Podpis

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości rozchodzenia się dźwięku w gazach w temperaturze pokojowej metodą interferencji fal akustycznych przy pomocy rury Quinckego.

Wprowadzenie:

Falą nazywamy zaburzenie stanu ośrodka lub pola elektromagnetycznego, rozchodzące się w przestrzeni ze skończoną prędkością i niosące ze sobą energie. Fale umożliwiają przepływ energi na duże odległości. Przepływowi energi nie towarzyszy przy tym przepływ masy. Przykładem fal są światło i dźwięk. Światło jest falą elektromagnetyczną, natomiast dźwięk falą sprężystą.

Fale elektromagnetyczne są zaburzeniami stanu pola elektromagnetycznego, natomiast fale sprężyste są to zaburzenia stanu ośrodków materialnych :

-w gazach - zaburzenia gęstości

-w cieczach - zaburzenia gęstości lub zaburzenia kształtu powierzchni swobodnej

-w ciałach stałych - zaburzenia gęstości lub kształtu

W ciałach stałych mogą się rozchodzić fale poprzeczne i podłużne, w cieczach i gazach tylko podłużne. Za fale dźwiękową uważamy fale o częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz, gdyż są one słyszalne przez ludzkie ucho. Są również infra i ultra dźwięk.

W ośrodkach zupełnie jednorodnych fale rozchodzą się prostoliniowo, ze stałą prędkością.

Rozchodzenie się dźwięku opisuje równanie falowe. W przypadku gdy źródłem fali dźwiękowej jest układ wykonujący drgania harmoniczne powstaje fala sinusoidalna. Amplituda takiej fali rozchodzącej się wzdłuż drogi x dana jest wzorem:

gdzie :

Gdy w pewnym punkcie przestrzeni spotykają się dwie lub więcej fal, w wyniku ich sumowania zachodzi zjawisko interferencji. Mając dwie fale, które wyszły z tego samego źródła i do odbiornika docierają dwiema różnymi drogami różnej długości x1 i x2.:

y­₁=y_m1sin(kx₁-ϖt)

y₂=y_m2sin(kx₂-ϖt)

ich superpozycja (suma) wynosi:

y=y₁+y₂

Wyznaczenie długości fali λ ze zjawiska interferencji umożliwia przy znajomości częstotliwości f obliczenie prędkości rozchodzenia się fali ze wzoru:

V=fλ

Prędkość dźwięku w gazach dana jest wzorem :

gdzie:

T- temperatura bezwzględna

R- uniwersalna stała gazowa

μ- ciężar cząsteczkowy molekuł gazu

κ- stosunek ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu Cp do ciepła właściwego przy stałej objętości Cv.

Pomiar prędkości dźwięku jest standardową metodą wyznaczania wielkości κ.

W ćwiczeniu źródłem jest membrana głośnika, pobudzana do drgań za pomocą generatora częstotliwości akustycznych 20Hz - 20kHz. Częstotliwość tych drgań odczytuje się na skali generatora. Fala dźwiękowa wprowadzona do jednego ze wspólnych końców rur rozdziela się na dwie fale , z których każda biegnie w innej rurze. Fale te spotykają się u wspólnego wylotu rury i tam interferują. Detektorem jest mikrofon węglowy. W słuchawkach słyszymy dźwięk, którego natężenie zależy od różnicy długości rur. Maksymalne wyciszenie dźwięku obserwujemy , gdy różnica długości rur jest nieparzystą wielokrotnością połówki długości fali., czyli odległość kolejnych minimów mierzona jest na skali przyrządu odpowiadającej połowie długości fali.

Częstotliwość	Położenie					Różnica położeń				Długość	Prędkość
[Hz]	Kolejnych minimów [mm]					kolejnych minimów [mm]				fali [m]	fali [m/s]
	a1	a2	a3	a4	a5	A1	A2	A3	A4
600
700
800
900
1000
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300

---