ĆWICZENIE P.33
1.
Celem doświadczenia jest zbadanie częstotliwości dudnienia w zależności od odbioru częstotliwości
dwu fal akustycznych (nakładających się na siebie).
2.TEORIA
INTERFERENCJA- nakładanie się fal na siebie (akustycznych).
Proces nałożenia się dwóch fal akustycznych, które różnią się częstotliwościami, w danym miejscu powstają wypadkowe drgania cząstek ośrodka o jednej częstotliwości. Amplituda w miarę wpływu czasu zmienia się. Zmienia się również (periodycznie) natężenie dźwięku. Takie zjawisko nazywamy DUDNIENIEM.
Rysunek przedstawia graficznie zjawisko dudnienia:
fd=N / t2-t1
N - liczba głównych maksimów pomiędzy chwilami t2 i t1
Częstotliwość wypadkowa fali, która powstaje jest średnia arytmetyczna częstotliwości nakładających się fal.
Natomiast częstotliwość zmiany amplitudy (CZĘSTOTLIWOŚĆ DUDNIENIA) jest równa różnicy częstotliwości fal składowych. Określone jest to wzorem:
Fd = f1 - f2
fd - częstotliwość dudnienia
f1 , f2 - częstotliwość fal składowych
CZĘSTOTLIWOŚĆ jest to wielkość określająca (równa) ilość pełnych drgań cząsteczki ośrodka w jednostce czasu.
f= 1/T
T- okres drgań
T=[1 s -1] = [1 Hz], (1 herc)
3.WYPOSAŻENIE POTRZEBNE DO DOŚWIADCZENIA
Dwukanałowy generator (potrzebny do wytwarzania fal dźwiękowych o różnych częstotliwościach).
Czujnik napięcia (do rejestrowania amplitudy fali wypadkowej - impulsu elektrycznego i przekazywania do interfejsu połączonego z komputerem).
Program komputerowy SCIENCE WORKSHOP z oknem FREQUENCY SPECTRUM (FFT) do pomiaru częstotliwości nakładających się fal i ich rejestracji.
4.
A. KOMPUTER
Włączenie SCIENCE WORKSHOP TERFEJS 500
Podłączenie czujnika napięcia do Interfejsu
Uruchomienie systemu operacyjnego WINDOWS I programu SCIENCE WORKSHOP
UKŁAD POMIAROWY
-Podłączenie generatora akustycznego do sieci oraz ustawienie wzmacniacza sumującego tak, aby był połączony z potencjometrem głośności
Podłączenie głośnika
Ustawienie na generatorze nr 1 fali sinusoidalnej oraz częstotliwości na ok. 230 Hz
Generator nr 2 ustawiamy tak, jak generator nr 1; częstotliwość na ok. 250 Hz
Włączamy generator i obieramy odpowiednią głośność za pomocą pokrętła VOLUME.
5.WYKONANIE ĆWICZENIA
Za pomocą przycisku TRIG (w oknie oscyloskopu) i MON rejestrujemy dane pomiarowe. Na ekranie oscyloskopu pokazuje się przebieg falowy (wykres). Na wykresie odnajdujemy jeden punkt (dowolny) z pierwszej grupy dudnieniowej, a następnie szukamy podobnie umieszczonego punktu , na którejś z kolejnych grup dudnieniowych. Odczytujemy i zapisujemy czasy tych punktów (umieszczone pod wykresem) oraz liczb grup zawartych pomiędzy tymi punktami.
POMIAR CZĘSTOŚCI FAL SKŁADOWYCH
-Odłączamy generator nr 2 , pozostawiając włączony generator nr 1
-Naciskamy przycisk MON ,aby zarejestrować sygnał z generatora nr 1
-Za pomocą kursora precyzyjnego odczytujemy, a następnie zapisujemy częstotliwość o najwyższej amplitudzie , po czym zatrzymujemy rejestrację
-Zamieniamy generator nr 1 na generator nr 2
-Rejestrujemy wyniki podobnie jak w przypadku generatora nr 1
Czynności z punktu 5(A,B) powtarzamy trzy razy (trzy pomiary), ponieważ dane te potrzebne będą do analizy doświadczenia.
6. Wszystkie pomiary (wyniki pomiarów) umieszczone zostały w tabelach A i B
Tabela A. (Wyznaczanie częstotliwości dudnień)
POMIAR NR |
CZAS [s] t1 |
CZAS [s] t2 |
RÓŻNICA [s] t2 - t1 |
LICZBA GRUP N |
CZĘSTOTLIWOŚĆ [Hz] fd |
1. |
0,0224 |
0,0925 |
0,0700 |
2 |
28,5 |
2. |
0,0007 |
0,0942 |
0,0935 |
3 |
32 |
3. |
0,0079 |
0,0794 |
0,0715 |
2 |
27,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
POMIAR NR |
CZĘSTOTLIWOŚĆ GENERATORA [Hz] PIERWSZEGO-f1 |
DRUGIEGO-f2 |
TEORETYCZNA CZĘSTOTLIWOŚC DUDNIENIA ft = f1-f2 |
PROCENTOWA RÓŻNICA [%]
|
1. |
262,29 |
222,12 |
40,17 |
0,0029 |
2. |
262,29 |
222,12 |
40,17 |
0,0020 |
3. |
262,29 |
222,12 |
40,17 |
0,0030 |
7. WNIOSKI
W doświadczeniu tym zbadana została częstotliwość dudnienia w zależności od częstotliwości dwu fal akustycznych (f1 i f2). We wszystkich trzech obliczeniach częstotliwość dudnienia w II cz. Doświadczenia (tab. B.) wyniosła tyle samo, natomiast w obliczeniach z I cz. (tab. A.)
Doświadczenia częstotliwość fd jest zbliżona (nieco się różnią od siebie).
Procentowa różnica (błąd względny wyrażony w %) obliczona została ze wzoru:
Bp =
Błąd ten wahał się od 0,0020 poprzez 0,0029 do 0,0030, w zależności od pomiarów. Z wartości tego błędu wynika, ze doświadczenie zostało wykonane ( w znacznym stopniu) prawidłowo, a jedynie błędy obliczeniowe mogły spowodować wszelkie „niedociągnięcia”.
Wyszukiwarka