LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 3 AKUSTYCZNY EFEKT DOPPLERA

Transkrypt

1 Prjekt Plan rwju Plitechniki Cęstchwskiej współinanswany e śrdków UNII EUROPEJSKIEJ w ramach EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU SPOŁECZNEGO Numer Prjektu: POKL /08 INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 3 AKUSTYCZNY EFEKT DOPPLERA Plitechnika Cęstchwska, Centrum Prmcji i Zastswań Nauk Ścisłych ul. Dąbrwskieg 73 pk. 178, Cęstchwa tel./ ax , imi@imi.pc.pl,

2 I. Zagadnienia d prestudiwania Eekt Dpplera w prypadku bliżania się bserwatra d nieruchmeg źródła; Eekt Dpplera w prypadku bliżania się źródła d nieruchmeg bserwatra; Fale sprężyste, pdstawwe wielkści charakteryujące ruch alwy ; Fale dźwiękwe, prędkść ich rchdenia się; Odbicie, ałamanie ra pchłanianie al dźwiękwych. II. Wprwadenie teretycne Gdy bserwatr bliża się d źródła al kreślnej cęsttliwści, cy też ddala się d teg źródła, t bserwuje n mianę cęsttliwści dchdących d nieg al. Analgicną mianę cęsttliwści bserwuje nieruchmy bserwatr, d któreg bliża się lub d któreg ddala się źródł al. Na prykład stjąc blisk jedni i wsłuchując się w klaksn nadjeżdżająceg samchdu, słysymy wyraźny spadek wyskści dźwięku w chwili, gdy samchód nas mija. Zjawisk t stał wykryte w rku 1842 pre austriackieg ucneg Charlesa Dpplera i nsi nawę eektu Dpplera. Długść ali jej cęsttliwść i prędkść rchdenia się wiąane są ależnścią: T (1) Rważmy prypadki: Nieruchme źródł ali ruchmy bserwatr bliżający się ku źródłu dźwięku Fale będą dchdiły d bserwatra prędkścią równą sumie prędkści bserwatra i prędkści ali. ( ) T ( ) (2)

3 Gdy bserwatr bliża się d źródła dźwięku prędkścią t prędkść ali wględem nieg jest więksa (wynsi + 0 ) i wiąku tym słysy dźwięk jak wyżsy d recywisteg tn. cęstści: 0 (3) Nieruchme źródł ali ruchmy bserwatr ddala się d źródła dźwięku Fale będą dchdiły d bserwatra prędkścią równą różnicy wartści prędkści bserwatra i prędkści ali. ( ) T ( ) (2 ) Gdy bserwatr ddala się d źródła dźwięku prędkścią, prędkść ali wględem nieg jest mniejsa (wynsi 0 ) i bserwwana pre nieg cęstść dźwięku też jest mniejsa d recywistej: (3 ) Nieruchmy bserwatr źródł ali dźwiękwej bliża się d bserwatra Źródł prusa się prędkścią, emitując alę cęstści 0, która prusa się prędkścią. Dwa wierchłki ali są generwane w dstępie caswym T 0 =1/ 0 W tym casie źródł prebywa drgę T 0. Odległść pmiędy dwma wierchłkami będie więc równa:

4 ( ) T ( ) (4) pnieważ T (5) trymujemy 0 (5) c p prekstałceniu daje (6) Nieruchmy bserwatr źródł ali dźwiękwej ddala się d bserwatra Pry achwaniu analgicneg tku rumwania jak w pprednim akapicie, pre analgię trymamy: (7) Eekt Dpplera jest symetrycny e wględu na ruch źródła lub dbirnika dla al elektrmagnetycnych. T dmienne achwanie się al elektrmagnetycnych wynika ich stałej prędkści prpagacji w każdym układie dniesienia i relatywistycnej wględnści casu. III. Prebieg ćwicenia Nieruchme źródł ali ruchmy bserwatr bliżający się lub ddalający d źródłu dźwięku Wóek mikrnem mże premiescać się w różnych kierunkach i różnymi prędkściami. Student bwiąany jest d wyknania c najmniej dwóch pmiarów dla dwóch różnych prędkści wóka gdy bliża się n d źródła dźwięku i ddala 1. Sprawdić cy estawienie układu pmiarweg jest gdne pniżsym rysunkiem i identyikwać wsystkie elementy.

5 Rys.1 Zestaw pmiarwy d ćwicenia akustycny eekt Dpplera. 2. Włąc prewdy asilające jednstkę Cbra, kmputer ra generatr unkcyjny d prądu 3. Prełąc na generatre unkcyjnym prycisk asilania pycji na n 4. Uruchm kmputer 5. Uruchm prgram Measure 6. W menu miernik wybier Cbra3 Cunter / Licnik 7. P ukaaniu się kna Cbra3 Cunter / Licnik w akładce Licnik wybier 1 [s] interwał caswy ra unkcję rpcęcia p naciśnięciu prycisku 8. Ustaw prądną cęsttliwść na generatre unkcyjnym ra umieść wóek mikrnem na tre. (należy pamiętać aby ustawić dpwiednią intensywnść sygnału w prypadku dużeg hałasu w labratrium lub jeg klicy pmiar mgą akłócać sumy innych źródeł) 9. Preprwadź wielkrtny pmiar cęstści 0 pry spcywającym wóku. (pmiar aktywuje się p naciśnięciu dwlneg prycisku) menu wybier pcję pkaż średnią (apis trymany wynik) 10. Z menu Pmiar wybier pcję Eksprtuj dane pmiarwe 11. W knie w plu cel anac pcję eksprtuj d pliku w plu Frmat anac eksprtuj jak dane licbwe. W knie które się pjawi wprwadź nawę pliku i apis g. 12. Zamknij kn wynikami pmiarów 13. Z menu wybier plik rejestracja pmiaru włącyć akładkę Timer ustaw unkcje Trigger na sygnał prstkątny, Display na [m/s], Digits na, charakter length na 0,1i pmiar na autmatycny

6 14. Ustaw prędkść wóka na wartść kł 1/3 skali a kierunek ruchu d źródła dźwięku 15. Uruchm wóek i preprwadź pmiar 10 krtnie 16. P skńceniu pmiaru mień kierunek jady wóka na preciwny i preprwadź analgicne pmiary dla bserwatra ddalająceg się d źródła dźwięku III. Tabela pmiarwa: Ruch w kierunku źródła dźwięku V śr [m/s] Śr mierna Śr wylicna Pryjmij c=340 m/s Ruch w kierunku d źródła dźwięku IV. Opracwanie wyników 1. Na pdstawie wrów (3) i (3 ) blicy cęsttliwści dźwięku, pryjmując 2. Oblicyć presunięcie cęsttliwści 3. Prównać trymane blicne wartści cęsttliwści wartściami miernymi V. Rachunek błędu i dyskusja wyników Oblicenia w celu wynacenia rachunku błędu dla równań (3) i (3 ) preprwadź metdą różnicki upełnej. VI. Literatura 1. R. Resnick, D. Halliday Fiyka Wydawnictw Naukwe PWN, Warsawa B. Matuła Akustyka Skrypt Ucelniany Nr 430 Diał Wydawnictw Plitechniki Śląskiej w Gliwicach, Marila Śliwińska-Kwalska Audilgia klinicna, Meditn, Łódź 2005, wyd Andrej Cyżewski, Bżena Kstek, Henryk Skarżyński, Technika kmputerwa w audilgii, niatrii i lgpedii Wyd. Akademicka Oicyna Wydawnica Exit, Warsawa 2002