1.Wstęp teoretyczny

Falą akustyczną nazywamy zaburzenie rozchodzące się w ośrodku sprężystym (powietrzu), polegające na przenoszeniu energii przez drgające cząsteczki ośrodka bez zmiany ich średniego położenia. Fala akustyczna jest sprężystą falą podłużną. Prędkość fali dźwiękowej w ośrodku, którym jest gaz, można wyznaczy z zależności :

gdzie :

p₀ - ciśnienie gazu dla temperatury T₀=273 K, p₀=1013 hPa

ρ₀ - gęstość gazu dla temperatury T₀, ρ₀=1.293 kg/m³

x - stosunek ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego gazu przy stałej objętości

T - temperatura gazu

Opornością falową ośrodka Z nazywamy iloczyn jego gęstości ρ i prędkości fazowej V_f rozchodzenia się w nim fal sprężystych :

Z = ρ*V_f

Rezonatory akustyczne możemy podzieli na :

a) ćwierćfalowy - wnęka zamknięta na jednym końcu a na drugim otwarta

b) półfalowy - wnęka zamknięta lub otwarta na obu końcach.

W rezonatorach na skutek interferencji fali padającej i odbitej powstają fale stojące, przy czym zjawisko to zachodzi w przypadku, gdy długość rezonatora jest równa wielokrotności połowy długości fali (rezonator półfalowy) lub jednej czwartej długości fali (rezonator ćwierćfalowy). Zjawisko powstawania fali stojącej w rezonatorze można wykorzystać do wyznaczania prędkości fali dźwiękowej. W tym celu należy mierzyć częstotliwość fali dźwiękowej oraz odległość pomiędzy kolejnymi dwoma strzałkami lub węzłami fali stojącej. Odległość ta jest równa połowie długości fali akustycznej. Prędkość fali akustycznej możemy wyznaczy z zależności :

V = 4νl

gdzie :

ν - częstotliwość fali dźwiękowej

l - odległość pomiędzy kolejnymi dwoma strzałkami lub węzłami.

Jeżeli częstotliwość fali emitowanej przez źródło o małych rozmiarach będzie zgodna z częstotliwością drgań własnych rezonatora, to nastąpi zamiana drgań o dużej amplitudzie na drgania o znacznie mniejszej amplitudzie, lecz emitowane przez źródło o znacznie większych rozmiarach. Dzięki temu można uzyskać zjawisko subiektywnego wzmocnienia fali dźwiękowej. W ćwiczeniu jako rezonator wykorzystano puzon.

2.Opis stanowiska pomiarowego

Układ pomiarowy składa się z: generatora, wzmacniacza, głośnika, puzonu, linijki i woltomierza cyfrowego połączonych według schematu przedstawionego poniżej

3.Opis przebiegu ćwiczenia

W ćwiczeniu należało rozsuwając puzon wyznaczyć położenia w których występują maksymalne i minimalne wskazania miernika (odpowiadające strzałkom i węzłom). To samo powtórzyć dla otwartego puzonu. Pomiary te należało wykonać dla częstotliwości f=1kH oraz f=2kH. Następnie należało obliczyć średnią odległość l_śr pomiędzy strzałkami (oraz węzłami) fali dźwiękowej. Dokonuje się tego dzieląc różnicę pomiędzy położeniami pierwszego i ostatniego węzła przez liczbę węzłów pomniejszoną o jeden (w podobny sposób przeprowadzić obliczenia dla strzałek fali). Mając już te wszystkie obliczenia można policzyć prędkość dźwięku ze wzoru:

V = 4 f l_śr

4.Opracowanie wyników pomiarowych

f[Hz]		lśr[m]	lśr[m]	V[m/s]	V[m/s]	w	Vw	Vw
1000	min (z)	0,0844	0,0004	338	2	26,6	8992	51,6
1000	max (z)	0,0830	0,0005	332	2	18,4	6105	42,9
1000	min (o)	0,0860	0,0005	344	2	18,2	6261	42,7
1000	max (o)	0,0838	0,0004	335	2	26,7	8951	51,7
2000	min (z)	0,0437	0,0002	349	2	26,2	9164	51,2
2000	max (z)	0,0445	0,0002	356	2	31,6	11261	56,2
2000	min (o)	0,0419	0,0003	335	2	21,3	7131	46,1
2000	max (o)	0,0413	0,0003	330	2	21,3	7040	46,2
					Σ	190,4	64905	388,6

Powyższa tabela zawiera odpowiednie wyliczenia przy jej tworzeniu korzystano ze wzorów:

Prędkość dźwięku i jej błąd uśredniono metodą średniej ważonej.

Ostatecznie: V=(341±2)[m/s].

---