WPPT(Fizyka) I rok |
07.04.97r. |
SPRAWOZDANIE NR. 6
Temat: Wyznaczenie prędkości dźwięku metodą składania drgań elektromagnetycznych.
Schemat układu pomiarowego:
1 - głośnik ; 2 - mikrofon ; 3 - wzmacniacz
1. Przebieg ćwiczenia
Układ złożony z generatora akustycznego, głośnika, mikrofonu, wzmacniacza i oscyloskopu elektronicznego pozwala na wytworzenie dwu drgań elektrycznych, przesuniętych względem siebie w fazie i obserwację wyniku 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 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.
Przesunięciu mikrofonu położenia Z1 do położenia Z2 towarzyszy zmiana fazy
- długość fali
Niech w położeniu mikrofonu Z1 obraz na ekranie będzie np. elipsą o osiach pokrywających się z osiami (x,y). Po przejściu do Z2 takiego, że
,
obrazem będzie również elipsa, tak samo usytuowana. Można więc wyznaczyć długość fali, a znając częstość drgań - wyznaczyć prędkość fali
.
2. Pomiary i wyniki
ν[Hz] |
pomiar |
figura |
Z1[m] |
Z2[m] |
Z3[m] |
Δx[m] |
λ'[m] |
λ''[m] |
|
1 |
|
0,213 |
0,425 |
0,621 |
0,004 |
0,212 |
0,196 |
2000 |
2 |
|
0,23 |
0,433 |
0,63 |
0,004 |
0,203 |
0,197 |
|
3 |
|
0,163 |
0,375 |
0,572 |
0,004 |
0,212 |
0,197 |
|
1 |
|
0,177 |
0,263 |
0,35 |
0,005 |
0,086 |
0,087 |
4000 |
2 |
|
0,136 |
0,219 |
0,31 |
0,005 |
0,083 |
0,091 |
|
3 |
|
0,153 |
0,237 |
0,323 |
0,005 |
0,084 |
0,086 |
|
1 |
|
0,155 |
0,226 |
0,296 |
0,002 |
0,071 |
0,07 |
5000 |
2 |
|
0,145 |
0,22 |
0,29 |
0,004 |
0,075 |
0,07 |
|
3 |
|
0,141 |
0,211 |
0,277 |
0,004 |
0,07 |
0,066 |
ν[Hz] |
λśr[m] |
v[m/s2] |
vśr[m/s2] |
Δν[Hz] |
Δλśr[m] |
Δv[m/s2] |
Δvśr[m/s2] |
2000 |
0,202833 |
405,6667 |
|
40 |
0,003070469 |
14,25427 |
|
4000 |
0,086167 |
344,6667 |
|
80 |
0,001137737 |
11,44428 |
|
5000 |
0,070333 |
351,6667 |
|
100 |
0,001173788 |
12,90227 |
|
|
|
|
367,3333 |
|
|
|
9,134407 |
3. Dyskusja błędów
- Δx został przyjęty doświadczalnie na podstawie obserwacji zmiany kształtu figury podczas przesuwania mikrofonu
- Δν został określony na podstawie dokładności generatora podanej przez producenta
- Δλśr to średni błąd kwadratowy
- Δv został obliczony za pomocą różniczki logarytmicznej
- Δvśr to średni błąd kwadratowy
4. Przykładowe obliczenia
- dla częstotliwości 2000[Hz]
pomiar:
1 pomiar 2 pomiar
3 pomiar
5. Wnioski
Analizując otrzymane wyniki mogę stwierdzić , ze prędkość fali dźwiękowej rozchodzącej się w powietrzu nie zależy od częstotliwości. Porównując otrzymane wyniki z wartościami tablicowymi można stwierdzić ich identyczność ( zgodnie z wynikiem tablicowym prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w powietrzu w temp. 20 ^C wynosi 360 m/s ). Tylko dla częstotliwości 2000 Hz widać dość znaczną niezgodność z wynikami tablicowymi. Oczywiście nasze wyniki zostały obarczone wieloma błędami związanymi z : użytymi przyrządami , metodami pomiarowymi i błędami popełnionymi przez wykonującego dane ćwiczenie. Największe z nich występują przy wyznaczaniu dl. fal. Związane są one z dużą niedokładnością przyrządu jak i dużym błędem paralaksy występującym podczas odczytu wartości.
5
Wyszukiwarka