Nr ćwiczenia	Rezonans akustyczny	Ocena przygotowania teoretycznego.
11
Nr zespołu	Nazwisko i imię	Ocena za sprawozdanie.
Data	Wydział	Rok
	IEiT	I

Fale akustyczne, fale sprężyste, zaburzenia mechaniczne (fala) ośrodka sprężystego, nie powodujące przesunięcia średnich położeń atomów ośrodka.

W cieczach i gazach fala akustyczna jest falą podłużną, w ciałach stałych może być zarówno falą podłużną, jak i poprzeczną. W ujęciu bardziej tradycyjnym fale akustyczne to fale głosowe, czyli falowe podłużne zgęszczenia i rozrzedzenia powietrza odczuwane przez ucho ludzkie (dźwięk).

Fale akustyczne w płynie (ciecz, gaz) rozchodzą się z prędkością:

gdzie: Q - moduł ściśliwości ośrodka, ρ - gęstość, κ - Cp/Cv (adiabata), p - ciśnienie.

Dla powietrza w warunkach normalnych u = 331,8 m/s, dla wody wynosi 1497 m/s. Obserwuje się słaby, nierównomierny wzrost prędkości fali akustycznej w funkcji jej częstotliwości.

Interferencja (łac. inter – między + ferre – nieść) – zjawisko powstawania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (wzmocnienia i wygaszenia) w wyniku nakładania się (superpozycji fal) dwóch lub więcej fal. Warunkiem trwałej interferencji fal jest ich spójność, czylikorelacja faz i częstotliwości.

Fala stojąca – fala, której grzbiety i doliny nie przemieszczają się. Fala stojąca powstaje na skutek interferencji dwóch takich samych fal poruszających się w przeciwnych kierunkach. Zwykle efekt ten powstaje np. poprzez nałożenie na falę biegnącą fali odbitej.

Prędkość dźwięku w substancjach zależy od tempa przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji energii drgań cząsteczek. Dla małych natężeń dźwięku (zatem również małej amplitudy drgań) prędkość związana z ruchem drgającym jest znacznie mniejsza od prędkości ruchu cieplnego cząsteczek, dlatego prędkość dźwięku nie zależy od jego natężenia (z wyjątkiem natężeń bardzo dużych, np. przy wybuchu) ani od częstości drgań^[1].

W powietrzu, w temperaturze 15 °C, prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s ≈ 1225 km/h. Prędkość ta zmienia się przy zmianie parametrów powietrza. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku jest temperatura, w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność powietrza; nie zauważa się, zgodnie z przewidywaniami modelu gazu idealnego, wpływu ciśnienia.

Dla gazu idealnego prędkość wynosiłaby:

gdzie wykładnik adiabaty

jest stosunkiem ciepła właściwego gazu pod stałym ciśnieniem C_p do jego ciepła właściwego w stałej objętości C_v, przy czym

Stopień swobody - w fizyce minimalna liczba niezależnych zmiennych opisujących jednoznacznie stan (modelu) układu fizycznego, w termodynamice liczba niezależnych zmiennych stanu, które można zmieniać nie powodując zmiany stanu (rodzaju i liczby faz).

W praktyce stopień swobody określa liczba zmiennych układu, które można zmieniać, bez automatycznego powodowania zmian pozostałych zmiennych.

Obliczenia i wyniki:

-dla powietrza:

Średnia długość fali dla wybranych częstotliwości:

f	660	800	940	1100	1220	1340	1500
Lśr	0,52	0,435	0,362	0,3132	0,28	0,2622	0,2366

Wykres długości fali w funkcji odwrotności częstotliwości:

Z wykresu wynika że prędkość dźwięku jest równa 338, 38m/s, niepewność pomiarowa jest równa 1,3151.

Współczynnik K jest równy 1,40 wynika z tego że powietrze posiada 5 stopni swobody.

-dla dwutlenku węgla:

Współczynnik K jest równy 1,30 a liczba stopni swobody jest równa 7.

Niepewności pomiarowe dla obu gazów wynoszą 20Hz dla częstotliwości oraz 1cm dla długości fali.

Wnioski:

Niepewności pomiarowe są wynikiem błędów przy odczytywaniu długości fali. Tablicowo powietrze ma 6 stopni swobody, jednak w doświadczeniu otrzymano 5 co również może być wynikiem małej dokładności pomiarów, dla dwutlenku węgla liczba stopni swobody jest równa wartości tablicowej co oznacza że pomiary w drugim doświadczeniu zostały wykonane bardziej poprawnie.