Ćw nr 11, L fiz cw11, Sprawozdanie nr 1


Wykonał : 1998.03.17

I SD gr. lab. 1005

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 11

„Odbicie fali akustycznej : wyznaczanie długości fali i częstotliwości metodą rezonansu”

  1. Zagadnienia teoretyczne.

    1. Fale mechaniczne.

  1. Falą mechaniczną nazywamy przemieszczenie się zaburzenia w ośrodku sprężystym w wyniku zderzeń sprężystych.

  2. Rodzaje fal :

  1. Prędkość fali - jest to prędkość przemieszczenia się zaburzenia w danym ośrodku sprężystym.

0x01 graphic

E - moduł Younga

ϕ - gęstość ośrodka

0x01 graphic

G - moduł sztywności ciała

ϕ - gęstość ośrodka

0x01 graphic

K - moduł ściśliwości cieczy

ϕ - gęstość ośrodka

0x01 graphic
0x01 graphic

Cp - ciepło właściwe gazu (p=const)

Cv - ciepło właściwe gazu (V=const)

p - ciśnienie gazu

ϕ - gęstość ośrodka

    1. Zjawisko superpozycji.

Jeżeli do danego punktu docierają z różnych stron zaburzenia, to drganie wypadkowe rozważanego punktu jest superpozycją jego drgań składowych - wychylenie wypadkowe jest sumą wychyleń składowych :

0x01 graphic

Po przekształceniu otrzymujemy wychylenie wypadkowe :

0x01 graphic

A - wychylenie

ω - częstość kołowa

ϕ - faza początkowa

W w/w przypadkach częstotliwości fal były jednakowe. W przypadku gdy częstotliwości są równe ale fazy są różne, to superpozycja daje w wyniku drganie harmoniczne o tej samej częstotliwości. Amplitudy faz składowych dodają się gdy ich fazy są zgodne, a odejmują się gdy ich fazy są przeciwne.

    1. Fale stojące.

Fala stojąca powstaje w wyniku nałożenia się dwóch fal spójnych biegnących w przeciwnych kierunkach.

    1. Fale słyszalne.

  1. Falami dźwiękowymi akustycznymi nazywamy fale mechaniczne podłużne rozchodzące się w ciałach stałych, cieczach i gazach

  2. Fale dźwiękowe słyszalne - fale w przedziale od 20 Hz do 20000 Hz.

  3. Prędkość dźwięku w powietrzu :

0x01 graphic

V0 - prędkość dźwięku w temp To=273,16 K

    1. Generator fal mechanicznych.

Źródłem fal mechanicznych w ćwiczeniu jest generator RC połączony z umieszczoną na stałe nad rurką szklaną membraną głośnikową. Powietrze w rurce, zamknięte w dolnej części słupem wody, spełnia rolę falowodu fali akustycznej. Wysokość słupa powietrza w falowodzie można regulować zmieniając poziom zamykającej go wody.

Długość drgającego słupa wody musi spełniać warunek :

0x01 graphic

Częstotliwość drgań fali wiąże się z długością fali w powietrzu :

0x01 graphic

VT - prędkość rozchodzenia się fali w powietrzu o temperaturze T

Zależność prędkości fali od temperatury powietrza :

0x01 graphic

V0=331,4 m/s

T0=273,16 K

  1. Przebieg ćwiczenia.

  1. Przygotowanie generatora do pracy. Zakres częstotliwości 150÷500 Hz.

  2. Amplitudy generowanej fali dobieramy w zależności od warunków akustycznych panujących na pracowni i od czułości słuchu wykonujących doświadczenie. Napięcie wyjściowe nie większe niż 3V.

  3. Lustro wody ustawiamy na poziomie umożliwiającym otrzymanie rezonansu. W słuchawkach wyraźne wzmocnienie dźwięku.

  4. Mierzymy wysokość słupa wody l1.

  5. Przy nie zmienionym położeniu pokrętła w generatorze podnosimy lub obniżamy poziom wody w rurze do uzyskania rezonansu jak w pkt. 4. Po uzyskaniu rezonansu (wzmocnienie dźwięku) mierzymy długość słupów powietrza nad lustrem wody l2 i l3.

  6. Czynności d i e powtórzyć 5 razy.

  7. Obliczyć długość fali rozchodzącej się w powietrzu. Odczytać wartość temperatury w pomieszczeniu i obliczyć prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej VT.

Korzystając z równania :

0x01 graphic

obliczyć częstotliwość fali w powietrzu.

  1. W oparciu o pomiar l1, l2, l3 wyznaczamy długości fal dla danej częstotliwości :

0x01 graphic
0x01 graphic

  1. l1, l2, l3 to te długości przy których l1-lśr, l2-lśr, l3- lśr są największe.

  2. Z równań :

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

wyznaczamy prędkość fali w powietrzu dla danej temperatury T oraz średnią wartość częstotliwości fal.

  1. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisujemy w postaci :

0x01 graphic

Lp

l1

l2

l1-l2

λśr 1÷5

λśr

fśr 1÷5

fśr

[m]

[m]

[m]

[m]

[m]

[1/s]

[1/s]

0,203

0,683

0,48

0,96

0,9508

446,6

446,2

0,203

0,684

0481

0,962

445,5

0,204

0,684

0,48

0,96

446,6

0,204

0,684

0,48

0,96

446,6

0,202

0,683

0481

0,962

445,5

  1. Obliczenia i rachunek błędu.

  1. obliczenia :

Częstotliwość dla jakiej wykonano pomiar : 400 [1/s]

Temperatura otoczenia : 290 K

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. rachunek błędu

Dla celów obliczeniowych przyjęto :

Δl = 0,005 [m]

ΔT = ± 0,025 [s]

Błąd bezwzględny obliczamy przez zróżniczkowanie zupełne wzoru :

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

Stąd otrzymujemy :

0x01 graphic
[m]

Po podstawieniu danych i obliczeniu otrzymujemy wartość błędu bezwzględnego:

Δf = [m]

- 1 -



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ćw nr 11, 11, Sprawozdanie nr 1
sprawozdanie ćw nr 1(1)
sprawozdanie cw nr 1
Sprawozdanie Ćw Nr$
Sprawozdanie 21, Fizyka Sprawozdania, Ćw nr 21
Ćw nr 11. Przewodnictwo cieplne, WSB
Sprawozdanie ćw Nr
Biofizyka instrukcja do cw nr 11
Cw nr 11

więcej podobnych podstron