PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA

W PILE

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM

Ćwiczenie nr2 : Wyznaczenie prędkości fali

dźwiękowej (zjawisko rezonansu)

Data wykonania:

Wykonali:

1.Wiadomości wstępne:

Fale powstające w ośrodkach sprężystych (np. fale dźwiękowe) nazywamy falami mechanicznymi. Powstają w wyniku wychylenia jakiegoś fragmentu ośrodka z położenia równowagi co w następstwie powoduje drgania fragmentu wokół tego położenia. Drgania te (dzięki właściwościom sprężystym ośrodka) są przekazywane na kolejne części ośrodka. Sam ośrodek nie przesuwa się, a jedynie jego elementy wykonują drgania w ograniczonych obszarach przestrzeni. Np. fale na powierzchni wody: przedmioty pływające wykonują ruch drgający natomiast same fale poruszają się ruchem jednostajnym. Fala dobiegające do danego przedmiotu wprawiają go w ruch drgający przekazując mu energię. Można za pomocą fal przekazywać więc energię na duże odległości. Energia fal to energia kinetyczna i potencjalna cząstek ośrodka.

Cechą charakterystyczną fal jest to, że przenoszą energię poprzez materię dzięki przesuwaniu się zaburzenia w materii a nie dzięki ruchowi postępowemu samej materii.

Do rozchodzenia się fal mechanicznych potrzebny jest ośrodek. To właściwości sprężyste ośrodka decydują o prędkości rozchodzenia się fali.

Ze względu na kierunek drgań cząstek względem kierunku rozchodzenia się fali

• fale poprzeczne (np. lina)

• fale podłużne (np. sprężyna, głos)

Ze względu na czoło fali (powierzchnia łącząca punkty o jednakowych zaburzeniach w danej chwili) wyróżniamy

• fale płaskie (w jednym kierunku)

• fale kuliste

2.Cel ćwiczenia :

Utrwalenie wiadomości o rezonansie akustycznym

oraz poznanie jednej z metod pomiaru prędkości

fal dźwiękowych.

3.Pomoce :

-kamerton (bez pudła rezonansowego ) f=440 Hz

-menzurka (25 cm)

-metrówka

-naczynie z wodą (celem regulacji wysokości)

4.Wprowadzenie:

Do wyznaczenia prędkości fal w powietrzu

wykorzystuje się rezonans słupa powietrza.

Rezonans można wykazać za pomocą przyrządu

Quinckego (menzurka połączona wężykiem

z ruchomym naczyniem wypełnionym wodą).

W naszym przypadku naczynia są rozdzielone.

5.Przebieg doświadczenia :

Wprawiamy kamerton w drgania i zbliżamy go do

wylotu menzurki , wlewając powoli wodę do naczynia

nasłuchujemy momentu w którym natężenie dźwięku

osiąga maksimum. Następnie mierzymy wysokość

słupa powietrza którą wykorzystamy w dalszej części

badania do obliczeń.

Ze względu na to ,że pomiary wykonujemy

„na słuch” i za pomocą metrówki powtarzamy pomiar

10 razy w celu zminimalizowania błędu i uśrednienia

wyniku.

Ze względu na niewielką wysokość menzurki

wzmocnienie dźwięku wystąpi tylko raz dlatego

parametr n przyjmujemy n=0 (brak powtórzeń).

6.Wzory:

1. długość fali

--> [Author:C.C.C.P.]
n=0

2. prędkość fali

3. prędkość fali dla 0⁰C

7.Zestawienie pomiarów wysokości

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L=	18.4	18,3	18,4	18,5	18,4	18,4	18,3	18,4	18,3	18,5

Wysokość średnia obliczona :

l=18,39 cm

Odchylenie standardowe średnie :

l.p	li(cm)	li-lśr	(li-lśr)^2
1	18,4	0,01	0,0001
2	18,3	-0,09	0,0081
3	18,4	0,01	0,0001
4	18,5	0,11	0,0121
5	18,4	0,01	0,0001
6	18,4	0,01	0,0001
7	18,3	-0,09	0,0081
8	18,4	0,01	0,0001
9	18,3	-0,09	0,0081
10	18,5	0,11	0,0121
			0,049

Wartość odchylenia :

Ostateczna wysokość :

8.Obliczamy długość fali :

Błąd długości fali :

Długość ostateczna :

9.Obliczamy prędkość fali :

Błąd prędkości :

Prędkość ostateczna :

10.Obliczenie prędkości przy t=0⁰C w celu porównania

wyniku z tablicami :

Ośrodek	Temperatura (^0C)	Prędkość
				Z tablic	Wyliczona
Powietrze	0^0	331	336,4

11.Wnioski :

Podnosząc poziom wody w rurce stwierdzamy ,że

w pewnym momencie występuje rezonans słupa

powietrza. Jego wystąpienie poznajemy po

znacznym zwiększeniu natężenia dźwięku.

Rezonans występuje wówczas , gdy węzeł przypada

na powierzchni wody, a strzałka u wylotu rury, tzn.

gdy odległość między wylotem rury a powierzchnią

wody wynosi
,
,
, a więc nieparzystą

wielokrotność

. --> [Author:C.C.C.P.]

Podstawową przeszkodą w prawidłowym przeprowadzeniu doświadczenia jest pomiar wysokości ,który jest obarczony błędem paralaksy tzn. nie wiemy czy oko jest w chwili odczytywania podziałki w płaszczyźnie prostopadłej do skali. Drugim problemem jest zjawisko menisku ,który również sprawia pewien problem w określeniu „pozycji rezonansu”.

Kilkakrotne wykonanie pomiaru pozwala jednak na dość dokładne ustalenie tej wysokości.

Błąd pomiaru temperatury ma nieznaczny wpływ na wynik ponieważ różnica jednego stopnia powoduje zmianę wartości prędkości o około


.

Wynik który otrzymaliśmy jest zbliżony do rzeczywistych prędkości mierzonych w profesjonalnych laboratoriach.

1

---