Grupa: 12	Imię i Nazwisko: Piotr Chabowski	Wydział: Elektryczny P.Sz.
Nr ćwiczenia: 209 210	Temat ćwiczenia: 1. Wyznaczanie częstotliwości drgań widełek stroikowych za pomocą rury Quiuckiego. 2. Wyznaczanie prędkości głosu za pomocą interferometru Quiuckiego
Data: 14.03.1996

W ciałach sprężystych siła zewnętrzna wywołuje drgania drobin, które pobudzają do drgania inne drobiny ponieważ są związane z innymi drobinami. Dzięki temu odkształcenie rozchodzi się coraz dalej. To rozchodzenie nazywamy ruchem falowym, a odkształcenia nazywamy falami. Charakteryzuje je również kierunek, który jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się zaburzeń. Rozróżniamy fale podłużne i poprzeczne. W cieczach i gazach występują tylko fale podłużne.

Wychylenie od poziomu równowagi obliczamy ze wzoru:

Jest to równanie fali rozchodzącej się wzdłuż prostej.

Czoło fali - miejsce geometryczne punktów do których równocześnie dochodzą drgania. Ze względu na kształt czoła rozróżniamy fale płaskie, kołowe, itp.

Zasada Huygensa - każdy punkt do którego dochodzi czoło fali jest nowym źródłem fali kulistej. Za pomocą tej zasady można również przedstawić obraz uginania się (dyfrakcji) fal na szczelinach i przeszkodach.

Zasada superpozycji - gdy dwie fale wychodzące z różnych źródeł nakładają się na pewnym odcinku , a dalej się rozchodzą, to obie fale zachowują się jakby na swojej drodze nie spotkały innej fali.

Interferencja fal - gdy źródła są spójne, a drgania są o jednakowych częstotliwościach i mają jednakowe fazy lub stałą różnicę, a wynik nałożenia się drgań jest stały w czasie.

Drgania dzielimy na swobodne i wymuszone. Prędkość rozchodzenia się fal zależy od:

r -gęstość k- moduł sprężystości

a w zależności od temperatury

Dla suchego powietrza (273 K, 101325 Pa, 1.293*10-3 kgm-3) V0 = 331.3 ms-1

Fale akustyczne wykorzystywane w ćwiczeniu są falami podłużnymi. W doświadczeniu, ze względu na odbicie się fali w pudle rezonansowym uzyskuje się falę stojącą, a u wylotu na skutek rozrzedzania i zagęszczania uzyskuje się silny dźwięk.

Częstotliwość drgań widełek obliczamy ze wzoru:

Fala jest stojąca gdy

Biorąc różnicę wysokości przy kolejnych dwóch wzmocnieniach dźwięku

otrzymamy:

Kamerton i słup powietrza są w rezonansie więc drgają z jednakową częstotliwością

W interferometrze źródło dźwięku rozchodzi się jako dwie niezależne fale spotykające się u wyjścia. Gdy różnica tych dróg jest równa całkowitej wielokrotności długości fali, to na wyjściu nastąpi wzmocnienie dźwięku. Warunek ten można zapisać następująco:

natomiast gdy różnica długości jest równa nieparzystej liczbie połówek długości fali, to nastąpi osłabienie, które zapisujemy:

Prędkość tej fali wynosi:

gdzie (R3 - R2) będzie równe podwojonej wartości odczytanej ze skali umieszczonej obok interferometru.

R3 - R2 = 2l więc V=2 f l

Prędkość głosu w warunkach normalnych określamy mierząc temperaturę otoczenia:

1. WYNIKI:

Kamerton Nr		L1 [m]	L1Sr [m]	L2 [m]	L2 Sr [m]	t [K]	V0 [m/s]	u [Hz]
I	1	0,248	0,248	0,704	0,701	292	331,3 331,3	385,74
	2	0,245		0,698		292
	3	0,246		0,697		292
	4	0,250		0,703		292
	5	0,253		0,702		292
II	1	0,138	0,136	0,276	0,274	292		1262,73
	2	0,136		0,274		292
	3	0,137		0,273		292
	4	0,134		0,273		292
	5	0,135		0,275		292

Numer pomiaru	u [kHz]	L1 [m]	L1śr [m]	L2 [m]	L2śr [m]	L [m]	V [m/s]	Vo [m/s]
1	1507	0,185	0,187	0,298	0,298	0,113	334,554	317,569
2	1507	0,187		0,299		0,112
3	1507	0,189		0,297		0,108
1	1118	0,088	0,088	0,239	0,240	0,151	340,617	323,324
2	1118	0,089		0,241		0,152
3	1118	0,088		0,242		0,154
1	1982	0,176	0,170	0,253	0,254	0,077	332,976	316,071
2	1982	0,169		0,253		0,084
3	1982	0,166		0,257		0,091

Obliczenia:

A

1. Dla kamertonu pierwszego:

2. Dla kamertonu drugiego:

B

1. Dla n = 1507 [Hz]

2. Dla n = 1118 [Hz]

3. Dla n = 1982 [Hz]

Wnioski:

Maksymalna głośność zmieniała się wraz ze zmianą kamertonu. Długości fal wyszły zbliżone, a niewielkie różnice były spowodowane tym, że nie można było utrzymać zbiornika z wodą w jednakowym położeniu przy odczycie.

Wynikiem tej niedokładności jest niewielka różnica w częstotliwości.

Na wyniki wpłynęły także niepewności systematyczne, choć nie bez znaczenia były też niepewności przypadkowe. Na podstawie drugiego ćwiczenia stwierdzamy, że dla różnych częstotliwości prędkość pozostaje bez zmian lub zmienia się w zakresie niepewności pomiarowych.

---