Politechnika Lubelska Wydział Mechaniczny		Laboratorium Fizyki
Temat: Wyznaczanie prędkości fali głosowej metodą rezonansu.				Nr ćwiczenia: 5.2
Grupa: 103.1 e	Nazwisko i imię: Sałasiński Mirosław		Data: 18.11.1999		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie prędkości fali głosowej metodą rezonansu.

2. Podstawy teoretyczne:

Fala jest to zaburzenie pola fizycznego, rozchodzącego się ze skończoną prędkością i przenoszące energię. Jeżeli takie zaburzenie przebiega w ośrodku sprężystym to mamy wtedy do czynienia z falami sprężystymi. Taką falą jest również fala akustyczna (fale zawarte w paśmie częstotliwości od 16 Hz do 20 kHz są słyszalne dla człowieka).

Najprostszym rodzajem fal są fale harmoniczne, przy których cząsteczki ośrodka wykonują drgania harmoniczne o jednakowej częstotliwości. Zależność opisująca powiązanie przesunięcia cząstek ośrodka względem ich położenia równowagi nzw. równaniem fali. s = Asin(ωt - kx - α)

gdzie:

s - wychylenie ze stanu równowagi;

A - amplituda drgań;

ω - częstość kołowa drgań;

k - liczba fazowa;

α - faza początkowa.

Fale rozchodząc się w ośrodkach sprężystych mogą się z sobą nakładać. W trakcie tego procesu mogą zachodzić przypadki:

- różnica faz nakładających się fal zmienia się w czasie, mamy tu do czynienia z falami niespójnymi;

- różnica faz nakładających się fal nie zmienia się w czasie i spotykamy się tu z falami spójnymi;

Przy interferencji fal spójnych możemy się spotkać z sytuacją gdzie fale niewiele różnią się amplitudy, mają zaś jednakowe częstotliwości, a ich kierunki są przeciwne.

Dochodzi wtedy do powstawania fal stojących. W praktyce aby mogła powstać fala stojąca w pręcie lub słupie powietrza, musi mieć ona określoną długość. Drgania słupa powietrza odpowiadające powstałej fali stojącej nzw. się drganiami własnymi. Źródłem energii potrzebnej do wprawienia ciała w drgania może być fala sprężysta. Jeżeli częstotliwość padającej fali harmonicznej będzie równa częstotliwości własnej ciała to nawet fala o niewielkiej amplitudzie może wzbudzić drgania ciała o dużej amplitudzie. Zaś zjawisko wzmocnienia drgań ciała pod wpływem drgań zewnętrznych o częstotliwości równej częstotliwości drgań własnych tego ciała, nzw. się rezonansem.

3.Wykonanie ćwiczenia:

Do pomiarów wykorzystuje się przyrząd przedstawiony na rysunku. Składa się on z rury z wodą R, skali S, na której odczytuje się wysokość słupa wody, naczynia z wodą N połączonego z rurą z wężem gumowym. Między rurę R i naczynie N wstawiony jest kran umożliwiający łączenie lub rozdzielanie naczyń R i N. Położenie zbiornika N może być zmieniane. Umożliwia to regulację wysokości słupa powietrza w rurze R. Kamerton należy zamocować nad wylotem rury tak, aby nie dotykał do jej brzegów. Celem dokonania pomiaru długości fali λ odkręcamy kran i podnosimy naczynie N jak najwyżej, co odpowiada minimalnej długości słupa powietrz w rurze. Następnie zamykamy kran i opuszczamy zbiornik N w dół. Uderzając drewnianym młoteczkiem w kamerton równocześnie odkręcamy częściowo kran. Powoduje to powolne obniżanie się w rurze R poziomu wody. Gdy wysokość słupa powietrza w rurze R będzie równa 1/4 λ , wystąpi zjawisko rezonansu, co przejawi się maksymalnym natężeniem tonu. W tym momencie należy zamknąć i ustawić wskazówkę W na poziomie wody w rurze (jest to miejsce pierwszego węzła fali stojącej) i dokonać odczytu położenia l₁ wskazówki na skali. Pomiaru tego położenia należy dokonać wielokrotnie. Następnie postępując analogicznie wyznaczamy położenie l₂ drugiego węzła fali stojącej.

4. Obliczenia

Tabela wyników

Lp.	[m.]		[m]	[m]		[m]	f [Hz]	T [K]
1.	0.18	0.00045	0.1787	0.568	0.0004	0.5688	440	297
2.	0.18									0.567
3.	0.177									0.
4.	0.18
5.	0.18
6.	0.178
7.	0.179
8.	0.178
9.	0.179
10.	0.176

Prędkość fali liczymy ze wzoru:

Rachunek błędów przeprowadzam metodą Gaussa:

gdzie:

Wynik będzie miał postać:

v₀ = ( 329,13 ±1.54 [m/s] )

5. Wnioski

Otrzymany wynik zgadza się z przewidywanym można więc uznać, że pomiar został wykonany poprawnie. Pomiaru tą metodą nie można zaliczyć do najdokładniejszych, gdyż jest on uzależniony od słuchu osoby prowadzącej go.

3

---