skanuj0163

324

2. Wykonanie ćwiczenia

2.1.    Opis aparatury

Pionowa rura szklana, wypełniona częściowo wodą, połączona jest plastikową rurką ze zbiornikiem wody. Zbiornik można podnosić lub opuszczać za pomocą śruby, co prowadzi do zmiany poziomu wody w rurze, a tym samym wysokości 'słupa powietrza ponad wodą. Wysokość słupa powietrza w rurze odczytujemy na skali milimetrowej. Nad rurą umocowany jest głośnik podłączony do generatora drgań. U wylotu rury zamocowany jest mikrofon podłączony do oscyloskopu, na którym można obserwować sygnał z mikrofonu.

2.2.    Wykonanie pomiarów

1.    Podnosimy zbiornik z wodą do najwyższego położenia.

2.    Włączamy generator sygnału i ustalamy częstotliwość drgań membrany głośnika / pomiędzy 450 - 500 Hz.

Należy odczekać ok. 15 min, aby częstotliwość ustabilizowała się. Uwaga: obserwujemy częstotliwość sygnału i notujemy przedział jej zmian. W razie potrzeby dokonujemy korekty częstotliwości.

Sprawdzamy, czy przewód prowadzący do mikrofonu podłączony jest do zacisków bateryjki.

3.    Włączamy oscyloskop i obserwujemy sygnał z mikrofonu. Przy odpowiednio dobrąnym zakresie i włączonej podstawie czasu powinien mieć kształt sinusoidalny.

4.    Powoli opuszczając zbiornik z wodą obniżamy poziom wody w rurze, jednocześnie zmieniając długość słupa powietrza. Na oscyloskopie obserwujemy zmiany amplitudy sygnału. Kiedy osiągnie ona maksymalną wartość 'odczytujemy na skali położenie x\ poziomu wody (ryś.6) i notujemy w tabeli 1. Odpowiada ono pozycji pierwszej strzałki, kiedy częstotliwość drgań membrany mikrofonu jest równa częstotliwości powstającej w powietrzu fali stojącej. Zbliżanie się do tego położenia jest sygnalizowane przez wyraźne wzmocnienie dźwięku.

Pomiar x\ nie daje nam dokładnie X!A, ponieważ nie uwzględnia powietrza drgającego nad otworem rury. Dlatego musimy wyznaczyć pozycję drugiej strzałki, wówczas x₂ -    = X / 2.

5.    Obniżamy poziom wody, aby zaobserwować położenie następnej strzałki, (rys.6) i zapisujemy w tabeli 1.

6.    Wracamy do położenia pierwszej strzałki i powtarzamy pomiary x\ razy, na przemian obniżając i podnosząc poziom wody. Analogicznie poi pujemy z położeniem x₂ Wyniki notujemy w tabeli 1.

7.    Odczytujemy temperaturę powietrza t.

8.    Obliczamy niepewności systematyczne mierzonych wielkości i wpisuje do tabeli.

Tabela 1

L.p.	Położenie x\ cm	Położenie x2 cm
Średnia arytmetyczna: zj =		h=
/=.......... t =............., a=............. A,/=........., Ajt =.............. Ax =........

Uwaga: pomiary można powtórzyć dla innych częstotliwości.

3. Opracowanie wyników pomiarów

1.    Obliczamy średnie arytmetyczne 3ćj i x₂ oraz rozrzut (x_max    a następ"

nie ustalamy, jakie niepewności należy uwzględnić przy obliczaniu maksy^j malnej niepewności średniej arytmetycznej (porównaj p.4.4)    ^,!

2.    Obliczamy długość fali dźwiękowej w powietrzu A = 2(x₂ - x\) i AA.

3.    Obliczamy prędkość dźwięku w powietrzu w temperaturze pokojowej, u = A/oraz maksymalniąniepewność Au.

4.    Ze wzoru u₀ = u/ Jl + at obliczamy prędkość dźwięku w suchym powietrzuj w temperaturze 0°C.

5.    Obliczamy maksymalną niepewność Au₀ ze wzoru: