Zespół 8	Inżynieria Ruchu Morskiego, rok I, gr. A
Paweł Chmielewski	Ćwiczenie nr 1 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu
^Data wykonania: 08.10.1997	^Ocena:	^Podpis:

TEORIA:

Dźwiękiem nazywamy fale sprężyste, oddziaływujące na organ słuchu. Zakres fal słyszalnych: 20-20000Hz, jest to tzw. zakres słyszalności. Próg (granica) słyszalności to minimalne natężenie fal dźwiękowych słyszalnych. Maksymalne natężenie dźwięku powoduje ból - jest to granica bólu. Wykres zależności obu tych granic od częstotliwości fali nazywamy audiogramem. Za miarę głośności przyjmuje się wielkość β (poziom natężenia dźwięku):

, gdzie - granica słyszalności dźwięku o częstotliwości 1000Hz.

Podstawową jednostką jest bel [B lub Be]. W praktyce korzystamy z decybeli [dB] jednostki dziesięć razy mniejszej od bela. Głośność dźwięku wyraża się w fonach.

Fale dźwiękowe mają charakter fal kulistych, a więc natężenie dźwięku jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła:

Metody pomiaru oparte są na pomiarach długości i częstości fal stojących powstałych w słupach gazu i prętach (metoda Quincke'go).

Długość fali jest to odległość pomiędzy dwoma najbliższymi punktami, zgodnymi w fazie(w każdej chwili mają takie same wychylenie)

po obliczeniach

Długość fali to droga jaką zaburzenie przebywa w ciągu jednego okresu

- liczba falowa

- prędkość fazowa- prędkość z jaką przemieszczają się punkty o tej samej fazie.

Interferencja fal

Po wykonaniu obliczeń:

Amplituda wypadkowa

W wyniku interferencji dwóch fal powstaje fala o tej samej częstotliwości i długości ale przesunięta w fazie względem składowych, oraz o zmodyfikowanej amplitudzie

(amplituda wypadkowa) przybiera wartości od 0 do 2A

po obliczeniach wzmocnienie interferencyjne

po obliczeniach wygasz. fali

Pomiar prędkości dźwięku polega na wyznaczeniu długości fali dźwiękowej o znanej częstości. Do wyznaczenia prędkości dźwięku w powietrzu korzystamy z interferometru Quincke'go, w którym zachodzi nakładanie się (interferencja) dwóch fal o tej samej częstości i amplitudzie różniących się przebytą drogą s:

,

Interferometr Quincke'go

G- głośnik

M- mikrofon

Wychylenie w punkcie M, do którego docierają obie fale wyraża wzór:

Wartość bezwzględna czynnika niezależnego od czasu jest amplitudą wychyleń wypadkowych. Zależy ona od argumentu funkcji trygonometrycznej. W punktach spełniających warunek:

wychylenia zachodzą z maksymalną amplitudą . W punktach spełniających warunek:

fale wygaszają się.

Przebieg doświadczenia

Lp.	f [Hz]	/2 [m]	v [m/s]	vśr. [m/s]	v (teor.) [m/s]
1	2000	0,085	340	343	344
2	2150	0,08	344	343	344
3	2300	0,075	345	343	344

1.

f=2000Hz

Jednakowy obraz na oscyloskopie obserwujemy przy następujących wychyleniach ramki (d):

d₁=0,145m

d₂=0,23m.

/2 otrzymujemy ze wzoru:

Prędkość obliczamy ze wzoru:

2.

f=2150Hz

Jednakowy obraz na oscyloskopie obserwujemy przy następujących wychyleniach ramki (d):

d₁=0,14m

d₂=0,22m.

/2 otrzymujemy ze wzoru:

Prędkość obliczamy ze wzoru:

3.

f=2300Hz

Jednakowy obraz na oscyloskopie obserwujemy przy następujących wychyleniach ramki (d):

d₁=0,13m

d₂=0,205m.

/2 otrzymujemy ze wzoru:

Prędkość obliczamy ze wzoru:

Prędkość średnia dla tych odczytów wynosi:

v_śr=343m/s

Temperatura w trakcie wykonywania doświadczenia wynosiła 20⁰C.

Z tabeli przedstawiającej zależność prędkości dźwięku od temperatury odczytujemy, że prędkość teoretyczna dźwięku w powietrzu w temperaturze 20⁰C wynosi 344m/s.

Obliczamy odchylenie standardowe:

Obliczamy niepewność pomiarów:

poziom ufności

w danym przedziale mieści się wartość prawdziwa.

---