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/s^2]	vśr[m/s^2]	Δν[Hz]	Δλśr[m]	Δv[m/s^2]	Δvśr[m/s^2]
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

- Δλ_śr to średni błąd kwadratowy

- Δv został obliczony za pomocą różniczki logarytmicznej

- Δv_śr 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.

1

---