wiczenie 15 „DWIK”
Temat: Prdko dwiku.
Cel: Wyznaczenie prdkoci dwiku w powietrzu dwoma metodami. Porównanie otrzymanych wartoci.
Przyrzdy: Mikrofony, gonik, generator z czasomierzem, g. dekadowy, oscyloskop, awa optyczna, wzmacniacze.
Literatura: R. Resnick, D. Halliday, FIZYKA, t. I, § 15-7, 19-1 do 19-3, 20-1 do 20-3
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, PODSTAWY FIZYKI, t. 2, § 17.4, 17.5, 17.8, 17.9, 18.1 do 18.4.
I. Metoda pomiaru.
Jednym z rodzajów ruchów mechanicznych jest ruch falowy, polegajcy na przenoszeniu energii z jednego punktu orodka do drugiego bez przenoszenia masy. Istot tego ruchu jest przekazywanie drga z jednego punktu orodka do ssiednich. Istniej róne rodzaje fal i jest kilka paszczyzn ich podziau. Ze wzgldu na kierunek drga czsteczek orodka fale dzielimy na poprzeczne i podune. Fal nazywamy poprzeczn jeli drgania czsteczek orodka zachodz w paszczynie prostopadej do kierunku rozchodzenia si fali, a podun gdy drgania te odbywaj si zgodnie z kierunkiem rozchodzenia si fali.
Prdkoci fali nazywamy prdko z jak rozchodzi si w przestrzeni zaburzenie w orodka. Prdko ta zaley od tego jak szybko jedna czsteczka orodka, wychylona z pooenia równowagi, wytrci z pooenia równowagi czstk ssiedni. To za jest uzalenione od si sprystoci orodka i bezwadnoci czsteczek tego orodka.
Fale, które s rejestrowane przez zmys suchu czowieka nazywamy dwikowymi. Fale dwikowe rozchodzce si w orodkach gazowych s falami podunymi. Prdko tych fal w orodkach gazowych okrela wzór: 
(1)
gdzie R- staa gazowa, T- temperatura bezwzgldna, - masa molowa gazu, - wykadnik Poissona dla gazu.
Celem wiczenia jest wyznaczenie prdkoci dwiku w powietrzu dwoma metodami:
1. Metoda bezporednia
Krótkotrway impuls elektryczny wytwarzany przez generator GC (rys.1) dopywajc do gonika G powoduje powstanie fali dwikowej, która dociera kolejno do mikrofonów M1 i M2, lecych na promieniu fali.
W mikrofonach sygna akustyczny przetwarzany jest na impulsy elektryczne, które po wzmocnieniu docieraj do czasomierza znajdujcego si we wspólnej obudowie z generatorem GC. Wyznaczajc czas Ät przemieszczenia si fali dwikowej midzy dwoma mikrofonami i mierzc odlego midzy nimi Äx, obliczamy prdko fali korzystajc ze wzoru:
. (2)
Metoda porednia
W tej metodzie wykorzystuje si ukad, którego schemat blokowy przedstawia rys.2. Mikrogonik G zasilany przez generator dekadowy Gd emituje harmoniczn fal dwikow o znanej czstoci. Fala ta dociera do dwóch mikrofonów M1 i M2 odlegych od siebie o Äx. Sygnay odbierane przez mikrofony róni si w fazie o Äö=2Äx/ë. Rónica faz fal dobiegajcych do mikrofonów zaley od dugoci fali ë i odlegoci midzy mikrofonami Äx. W mikrofonach nastpuje przeksztacenie fal mechanicznych na sinusoidalne impulsy elektryczne. Rónic faz miedzy sygnaami mona bada przy pomocy oscyloskopu dwukanaowego O, który umoliwia skadanie dwóch drga prostopadych. Jeeli do zacisków, odchylania poziomego i pionowego w oscyloskopie doprowadzimy sygnay o tej samej czstoci, na ekranie otrzymamy obraz w postaci elipsy, której ksztat zaley od rónicy faz sygnaów Äö.
Ogólnie wychylenia wzdu osi x i y opisane s wzorami: 
i 
W zalenoci od wartoci Äö równania te przedstawia elips lub odcinek (rys.3).
Rys.3. Ksztaty toru zakrelanego przez punkt poddany drganiom harmonicznym wzajemnie prostopadym o jednakowej czstoci przesunitym w fazie o Äö.
Wykonanie i opracowanie wiczenia.
Metoda bezporednia
Podczy obwód w/g schematu blokowego przedstawionego na rys.1.
Umocowa mikrofony tak, aby mikrofon bliszy gonika by pooony niej wzgldem drugiego.
Ustawi pokrta wzmacniaczy napiciowych W na warto "min".
Wczy wzmacniacze napiciowe W oraz generator z wbudowanym miernikiem czasu GC.
Nacisn i zwolni przycisk "RESET/START" generatora GC. Pojawi si krótki trzask w goniku, zawiec si obie lampki przy wejciach i wywietlony zostanie wynik "0.000 ms".
Zwikszy wzmocnienie wzmacniacza napiciowego doczonego do IN 1 i ponownie nacisn i zwolni przycisk "RESET/START".
Wykona czynno z p.6 do momentu uzyskania pierwszego ganicia lampki i pojawienia si wyniku "8.88ms".
Wykona powysze czynnoci dla drugiego wzmacniacza napiciowego. Gdy bd gasy obie lampki, wówczas wywietlony zostanie wynik pomiaru czasu.
Wykona powysze czynnoci dla 5 rónych odlegoci midzy mikrofonami (po 5 pomiarów czasu przemieszczania si czoa fali akustycznej) przez naciskanie i zwalnianie przycisku "RESET/START". Naley pamita o kadorazowym dobraniu wzmocnienia wzmacniaczy napiciowych dla kadej odlegoci pomidzy mikrofonami.
Zamieci wyniki pomiarów w tabeli:
Wyniki pomiarów nanie na wykres Äx(Ät) i wyznaczy prdko v graficznie na podstawie wykresu. Oszacowa niepewno pomiaru u(v).
Metoda porednia
1. Poczy obwód w/g schematu blokowego jak na rys.2.
2. Umocowa mikrofony tak, aby mikrofon bliszy gonika by ustawiony niej wzgldem drugiego o ok. 8 cm.
3. Ustawi czuo wejcia oscyloskopu X Y na 5 mV/cm.
4. Ustawi parametry generatora: - czstotliwo 4 - 5 kHz, - napicie wyjciowe 0.1 V.
5. Wczy poszczególne elementy ukadu.
6. Ustawi odpowiedni poziom dwiku pokrtem "wzmocnienie" we wzmacniaczu mocy Wm uzyskujc jedna z figur Lissajous.
7. Zmieni pooenie mikrofonów do uzyskania odcinka na ekranie oscyloskopu, notujc parametry pooenia mikrofonów na awie optycznej oraz nachylenie odcinka prostej na ekranie oscyloskopu.
8. Wykona pomiary dla 5 rónych czstotliwoci sygnau sinusoidalnego.
9. Dla kadej czstotliwoci f sporzdzi wykres Äx (k). Metod najmniejszych kwadratów lub graficznie wyznaczy wspóczynnik kierunkowy prostej (ë/2). Na podstawie relacji: v = ë?f obliczy prdko fali dwikowej.
10. Wyznaczy redni z prdkoci otrzymanych w p.9.
11. Przeprowadzi rachunek niepewnoci pomiarów.
Porówna wyniki otrzymane metodami I i II uwzgldniajc wyznaczone niepewnoci pomiarów. Która metoda daje lepsze wyniki ?
III. Pytania kontrolne.
1. Co to jest i jak powstaje fala biegnca ?
2. Wyjanij pojcia : promie fali, powierzchnia falowa, czole fali.
3. Napisz równanie fali harmonicznej. Co to jest dugo fali, okres fali, czstotliwo ?
4. Jak dzielimy fale w zalenoci od a) liczby wymiarów w przestrzeni, b) ksztatu powierzchni falowych, c) kierunku drga ?
5. Od jakich charakterystyk fali gosowej zale: wysoko dwiku, natenie dwiku, barwa dwiku.?
6. Od czego zaley prdko rozchodzenia si dwiku w powietrzu ?
7. Na czym polega porednia metoda wyznaczania prdkoci dwiku w powietrzu
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Cw nr 15
Biofizyka kontrolka do cw nr 15
Ćw nr 15, Niepewność Pomiarowa, 11,13-11,23
Biofizyka kontrolka do cw nr 15
Ćw nr 13. Siatka, WSB
Biofizyka instrukcja do cw nr 15
Cw nr 15
Ćw nr 11. Przewodnictwo cieplne, WSB
Ćw nr 6. Opór, WSB
Ćw nr 46, 46maciek1, Chowaniec Aleksander
Ćw nr 46, 46maciek1, Chowaniec Aleksander
INSTRUKCJE, Ćw nr 11. Przewodnictwo cieplne, WSB
więcej podobnych podstron