I ET-DI 05.11.2012r

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 11

Wyznaczanie długości oraz częstotliwości fali akustycznej

Krystian Bartecki

L 1

1. Zagadnienia do samodzielnego opracowania.

Falami mechanicznymi nazywa się fale rozchodzące się w ośrodkach sprężystych. Ich ruch polega na przemieszczaniu się wychyleń cząstek ośrodka z położenia równowagi. Dzięki sprężystości ośrodka drgania takie przekazywane są coraz to dalej położonym cząstkom i w ten sposób fala przechodzi przez ośrodek materialny.

Ogólnie fale można podzielić na podłużne i poprzeczne.

Fala podłużna jest to fala sprężysta, w której drgania cząstek ośrodka zachodzą w kierunku równoległym do kierunku rozchodzenia się fali. Fala poprzeczna jest to fala, w której cząstki ośrodka drgają w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali. Fale mechaniczne są falami podłużnymi. Fale poprzeczne mogą powstawać tylko w ośrodkach mających sprężystość postaci, czyli w ciała stałych. Fale podłużne związane są ze sprężystością objętościową ośrodka. Z tego powodu, mogą one występować zarówno w ciałach stałych, jak i w cieczach lub gazach.

Równanie fali harmonicznej płaskiej ma postać:

s = A sin (ω t - k x + φ₀)

λ - długość fali [m]
φ₀ - faza początkowa (wielkość niemianowana)
A - amplituda fali (jednostka tej wielkości zależy od rodzaju fali i od sposobu jej opisu, np. dla fal dźwiękowych może to być ciśnienie akustyczne, i wtedy wyraża się w Pa)

Superpozycja fal to sumowanie się kilku niezależnych ruchów falowych.

Dla małych amplitud fal (małych natężeń fali) prawdziwa jest zasada superpozycji mówiąca, że fala wypadkowa, będąca wynikiem jednoczesnego nałożenia się kilku ruchów falowych, jest sumą fal składowych.

Prawo to nie zachodzi w ośrodkach nieliniowych znacznych natężeń fal. Wówczas fala wypadkowa nie jest zwykle sumą fal składowych i nie można mówić o superpozycji fal, choć nadal następuje ich nakładanie się.

Interferencja – zjawisko powstawania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (wzmocnienia i wygaszenia) w wyniku nakładania się (superpozycji) dwóch lub więcej fal. Warunkiem interferencji fal jest ich spójność, czyli korelacja faz, amplitudy i częstotliwości.

1. Tabele pomiarowe oraz obliczenia

l1	l3	l3 – l1	λśr ± u(λśr)	T±(u(T))	vT ±(u(vT))	f ± uU(f)	fgen.
[m]	[m]	[m ]	[m ]	[ K ]	[ m/s ]	[ Hz ]	[ Hz ]
0,068	0,41	0,342	0,3152±0,03	293±0,577	334,39±0,35	1060,88±2,09	1000
0,068	0,41	0,342					1000
0,067	0,412	0,345					1000
0,064	0,413	0,349					1000
0,066	0,411	0,345					1000
0,054	0,338	0,284					1200
0,053	0,34	0,287					1200
0,054	0,34	0,286					1200
0,054	0,339	0,285					1200
0,054	0,341	0,287					1200

m

T= 293,15K

T₀=273,16K

V₀=331,4 $\frac{m}{s}$

1. Wnioski

Wyznaczenie długości fali polegało na tym, by odsłuchać moment , kiedy fala stojąca była w momencie strzałki lub węzła. Metoda jaką tego dokonano jest dosyć niedokładna, ze względu na trudność precyzyjnego określenia fazy fali stojącej. Na prędkość a potem częstotliwość fali akustycznej miała wpływ temperatura, która była wyższa od 273,15K.