Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Rybnik, 14.01.2001

Energetyka Komunalna

Nr tematu : 6

Temat :

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą Quinckego.

Grupa , sekcja :

Wstęp (opis):

Do wyznaczania prędkości fal w powietrzu wykorzystuje się rezonans słupa powietrza. Rezonans można wykazać za pomocą przyrządu Quinckego. Składa się on z rury szklanej ze skalą, połączonej wężem z ruchomym zbiornikiem. Zbiornik, wąż gumowy oraz część rury wypełniamy wodą. Poziom wody w rurze zmieniamy przez podnoszenie lub obniżanie zbiornika. Źródłem fali kierowanej do rury jest pobudzony do drgań kamerton.

Obniżając poziom wody w rurze stwierdzamy, że przy kilku jego wysokościach występuje rezonans słupa powietrza. Jego wystąpienie poznajemy po znacznym zwiększeniu natężenia dźwięku. Rezonans występuje wówczas, gdy węzeł przypada na powierzchni wody, a strzałka u wylotu rury, tzn. gdy odległość między wylotem rury a powierzchnią wody wynosi,,, a więc nieparzystą wielokrotność .

Zadanie laboratoryjne:

1. Uderzyć w kamerton i opuszczając wolno zbiornik ”złapać” położenie menisku w rurze , przy którym następuje pierwszy rezonans. Zmierzyć odległość tego menisku od końca rury.

1. Powtórzyć czynności z punktu 1 przy ruchu zbiornika w górę. Opisaną procedurę powtórzyć 5 razy, uzyskując 10 pomiarów .

1. Jak w punktach 1 i 2 ”szukamy” drugiego rezonansu przy odległości . Uzyskujemy 10 wyników dla .

1. Zapisać częstość drgań kamertonu, temperaturę i błędy , i .

A B l

W rezonansie powstaje w rurze fala stojąca, której dolny koniec (przy menisku) jest zawsze węzłem, a górny strzałką.

Rezonansowa długość rury spełnia więc warunek:

dla , dla , więc

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi więc:

.

Tabela pomiarowa:

	Zbiornik w dół	Zbiornik w górę
	18,5	19,0
	18,5	18,5
(cm)	19,0	18,5
	19,0	18,5
	19,0	19,0
	średnia: 18,75
	Zbiornik w dół	Zbiornik w górę
	59,0	59,0
	59,0	58,5
(cm)	58,5	58,0
	59,0	58,5
	58,5	58,0
	średnia: 58,60

;

;

;

Obliczenia:

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi:

;

;

Błąd wielkości :

, ,

,

,

Ze wzoru Laplace'a na prędkość głosu w gazie

,

wyliczyć wykładnik adiabaty ℵ powietrza:

,

gdzie
-gęstość powietrza w danych warunkach ciśnienia i temperatury .

Ponieważ ze wzoru Claoeyrona:

mamy ,

gdzie dla powietrza.

- stała gazowa,

;

Błąd wykładnika adiabaty:

,
,

,

Ocena słowna:

Prędkość dźwięku w powietrzu wyliczona naszą metodą wynosi

,a
i jest bardzo mały.

Wykładnik adiabaty powietrza wynosi:

,a
i jest zadowalający.

---