Ć

wiczenie 29.

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Grupa nr 2:

•

Klaudia Gazarkiewicz

•

Katarzyna Kapturkiewicz

•

Jakub Brej

Wstęp teoretyczny

Fala to zaburzenie lub zespół zaburzeń rozchodzących się w przestrzeni, które mogą mieć postać
impulsu lub drgań. Jeśli pewien fragment ośrodka materialnego zaczyna drgać wokół położenia
równowagi to dzięki sprężystym wartościom tego ośrodka drgania są przekazywane są sąsiednim
fragmentom i zaburzenie rozchodzi się jako fala mechaniczna.

Akustyczne fale stojące można wzbudzić w słupach powietrza. Jeśli jeden koniec rury jest
zamknięty to wzbudzane fale u wylotu rury rozchodzą się i odbijają od jej końca. Fala stojąca
powstaje w wyniku superpozycji fal padających i odbitych.

Wykonanie ćwiczenia

•

Podnosimy zbiornik z wodą do najwyższego położenia

•

Włączamy generator sygnału, ustalamy częstotliwość drgań membrany głośnika pomiędzy
450-500 Hz

•

Włączamy oscyloskop i obserwujemy sygnał z mikrofonu

•

Powoli opuszczając zbiornik z wodą obniżamy poziom wody, równocześnie zmieniając

poziom słupa powietrza, obserwujemy zmiany amplitudy sygnału

•

Kiedy amplituda osiągnie maksymalną wartość odczytujemy na skali położenie poziomu
wody x

1

i notujemy w tabeli

•

Obniżamy poziom wody cały czas obserwując zmiany amplitudy sygnału

•

Kiedy amplituda osiągnie maksymalną wartość odczytujemy na skali położenie poziomu
wody x

2

i notujemy w tabeli

•

Wracamy do położenia początkowego i powtarzamy pomiary pięć razy, wyniki notujemy w
tabeli

•

Odczytujemy temperaturę powietrza

•

Obliczamy niepewności systematyczne mierzonych wielkości

Opracowanie wyników:

L.p.

Położenie x

1

cm

Położenie x

2

cm

1.

14,4

50,3

2.

14,6

50,3

3.

14,7

50,5

4.

14,6

50,5

5.

14,5

50,6

Ś

rednia arytmetyczna: x

ś

r1

=14,56

x

ś

r2

=50,44

f=490 Hz t=23

o

C a=1/273,15

o

C

-1

∆f=1Hz ∆t=1

o

C ∆x=0,1

o

C

Długość fali dźwiękowej w powietrzu:

λ=2(x

ś

r2

-x

ś

r1

)

λ=2(50,44-14,56)=71,76

Prędkość dźwięku w temperaturze pokojowej:

υ= λ f
υ=71,76·490=35162,4=351,624 m/s
∆ υ=

Prędkość dźwięku w suchym powietrzu w temperaturze 0

o

:

υ

0

= υ/√1+at

υ

0

=35162,4/√1+ 1/273,15·23≈33769,43≈337,69 m/s

Wnioski

Otrzymany wynik nie zgadza się z tabelą. Wpływ na wynik miała częstotliwość drgań

membrany głośnika, która ulegała zmianie podczas doświadczenia stopniowo malejąc.

Prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu wyrażona w m/s

Wilgotność

względna w

%

Prędkość

dźwięku w

18oC

Prędkość

dźwięku w

20oC

Prędkość

dźwięku w

22oC

Prędkość

dźwięku w

24oC

0

342,197

343,371

344,54

345,705

30

342,52

343,74

344,96

346,18

40

342,63

343,87

345,10

346,34

50

342,74

343,99

345,24

346,50

60

342,85

344,12

345,38

346,66

70

342,96

344,24

345,53

346,82

80

343,07

344,37

345,67

346,98

90

343,18

344,49

345,81

347,14

100

343,29

344,62

345,95

347,31