11, Studia, Fizyka, LABORKI, fizyka-SPRAWOZDANIA GOTOWE, Fizyka ED1 Sprawozdania


Sławomir Pondo

I ED

L 07

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

l3

l2-l1

l3-l2

sr

fśr

fgen

[m]

[m]

[m]

[m]

[m]

[m]

[m]

[Hz]

[Hz]

0,117

0,224

0,745

0,107

0,521

0,465

0,47

752,6

550

0,116

0,225

0,744

0,109

0,519

0,47

0,118

0,223

0,746

0,105

0,523

0,467

0,119

0,220

0,743

0,101

0,523

0,467

0,117

0,221

0,744

0,104

0,523

0,47

0,118

0,226

0,747

0,108

0,521

0,47

0,119

0,228

0,749

0,109

0,521

0,472

0,120

0,227

0,745

0,107

0,518

0,47

0,122

0,229

0,744

0,107

0,515

0,472

0,125

0,224

0,746

0,099

0,522

0,472

  1. Obliczenia i rachunek błędu.

  1. obliczenia :

Częstotliwość dla jakiej wykonano pomiar : 550 [1/s]

Temperatura otoczenia : 290 K

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. rachunek błędu

Dla celów obliczeniowych przyjęto :

ΔT = 1 K

ΔV=10,4

Δl = 0,005 [m]

Błąd bezwzględny obliczamy przez zróżniczkowanie zupełne wzoru :

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

Stąd otrzymujemy :

0x01 graphic

Wyniki pomiarów:

0x01 graphic

Wnioski:

Częstotliwość fali jest wyższa niż wygenerowana, ponieważ temperatura równa jest 438,72 K i dlatego średnia częstotliwość jest wyższa i równa jest 912,1 Hz

- 1 -



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
niepewnosc pomiarowa 15, Studia, Fizyka, LABORKI, fizyka-SPRAWOZDANIA GOTOWE, Fizyka ED1 Sprawozdani
Przysp ziem wach rewer - lis, Studia, Fizyka, LABORKI, fizyka-SPRAWOZDANIA GOTOWE, FIZYKA - SPRAWOZD
Elektra, Studia, Fizyka, LABORKI, fizyka-SPRAWOZDANIA GOTOWE, FIZYKA - SPRAWOZDANIA
11.1 b, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, materiały na studia, Fizyka - Sprawozdania poukładane

więcej podobnych podstron