1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Cz II praca zbiorowa pod redakcją I. Kruk i J. Typka. Wydawnictwo Uczelniane PS. Szczecin 2007.

Transkrypt

1 Ćwiczenie Nr 556: Wyznaczanie prękości ali ltraźwięków w cieczy metoą optyczną. I. Literatra;. Ćwiczenia laboratoryjne z izyki. Cz II praca zbiorowa po reakcją I. Krk i J. Typka. Wyawnictwo Uczelniane PS. Szczecin F.S. Crawor, Fale. PWN Warzawa Intrkcja obłgi wmiarki: II. Problemy teoretyczne: Ultraźwięki, prękość źwięk, czętotliwość i łgość ali, ciśnienie aktyczne, ale tojące, wyznaczenie łgości ali ltraźwiękowej w cieczach. III. Metoa pomiarowa : Szczególnym przypakiem al mechanicznych ą ale aktyczne. Gy ich czętotliwość przekracza granicę łyzalności 0 khz nazywamy je ltraźwiękami. Fala aktyczna jet alą połżną, jej rozchozeni towarzyzą okztałcenia objętości i powiązane z nimi zmiany ciśnienia ośroka. Można przyjąć, że ciśnienie w ośrok jet równe mie tałej wartości ciśnienia ośroka, oraz oatkowego ciśnienia p wywołanego jego okztałceniem. To oatkowe ciśnienie nazywamy ciśnieniem aktycznym. Jet ono równe iloczynowi prękości rgań jego cząteczek x/t, gętości ρ oraz prękości azowej : p ρ x t Potawiając za x równanie ali tojącej otrzymjemy : kz co t p A ρ ω co ω W przypak ali tojącej opianej powyżzym równaniem, makymalne zmiany ciśnienia aktycznego p wytępją w trzałkach, natomiat w węzłach ciśnienie aktyczne nie zmienia ię i jet równe zero. Z ciśnieniem związany jet wpółczynnik załamanie światła n. Zmiany wpółczynnika n można traktować jako proporcjonalne o p. Wynika tą wnioek, że wpółczynnik załamania światła najbarziej zmienia ię

2 w trzałkach, w węzłach natomiat pozotaje tały w czaie. Jeśli zatem oświetlimy ciecz rozbieżną wiązką laerową, w której wytworzono alę tojącą, w trzałkach jet ona ilnie załamywana wkrotnie w czaie jenego okre rgań, a przez węzły przechozi cały cza bez zmiany kiernk. Można zatem traktować trzałki jak ciemne przegroy, a węzły jak zczeliny. Powyżzy akt tanowi potawę metoy oświaczalnej, zięki której możemy wyznaczyć łgość ali ltraźwiękowej i na potawie równania obliczyć jej prękość. Ry.. Zetaw o pomiar prękości ltraźwięków metoą optyczną. Na ry. pokazano zetaw pomiarowy, w jego kła wchozą : laer, oczewka kpiająca, naczynie na ciecz, ekran i generator ltraźwięków. W ćwiczeni zatoowano generator z wbowanym czętościomierzem.

3 Ry.. Schemat bieg promieni laerowych. Wiązka światła laerowego przechozi przez oczewkę i taje ię wiązką rozbieżną. Natępnie przechozi przez naczynie z baaną cieczą, w którym wytworzono alę tojącą za pomocą generatora ltraźwięków, jak to pokazano na ry.. Obraz ali tojącej możemy oberwować na ekranie. Jane prążki ą tworzone przez promienie przechozące przez węzły ali tojącej. Mierząc oległość mięzy prążkami, możemy wyznaczyć łgość ali. Niech N oznacza ilość prążków, która znajje ię mięzy prążkami, la których wyznaczamy oległość czyli, że jeśli mierzymy oległość miezy ąiającymi ze obą prążkami to N jet równe 0. Z ry. i twierzenia o trójkątach poobnych wynika, że : a tą: N gzie i to opowienie oległości oznaczone na ry.. Prękość źwięk wyznaczamy z równania :

4 gzie to czętotliwość al ltraźwiękowych., IV. Wykonanie ćwiczenia :. Zetawić kła pomiarowy, tak jak pokazane jet to na rynk.. Naczynie wypełnić cieczą woa etylowana o około 4/5 wyokości. 3. Zamontować głowicę ltraźwiękową na tatywie aby była zanrzona w cieczy na głębokość kilk milimetrów. Powierzchnia czołowa głowicy powinna być równoległa o naczynia i tarannie tawiona. 4. Unąć pęcherzyki powietrza ze ścianek przeniej i tylnej oraz z głowicy. 5. Włączyć generator ltraźwięków i laer, tawić na generatorze amplitę na wartość makymalną. Promień laera mi przechozić przez ciecz pomięzy głowicą a nem naczynia najlepiej okłanie pośrok głowicy. 6. Pokrętłem na generatorze reqency tawić czętotliwość ltraźwięków na około 800 khz. 7. Regljąc oległość głowicy o na naczynia i w niewielkim topni zmieniając czętotliwość należy wyotrzyć obraz na ekranie, aby zykać wyraźny obraz prążków. Można też obrać czętotliwość tak, aby prążki były wyraźnie wioczne. 8. Zmierzyć trzykrotnie oległość mięzy krajnymi prążkami i zapiać otrzymaną wartość w tabelce. 9. Zmierzyć oległości i patrz ry.. Oległość obliczyć z wzor ognikowa oczewki 0 mm. 0. Z równań : oraz N Obliczyć oraz.

5 . Przenąć naczynie z cieczą wraz ze tojakiem o 5-0 centymetrów w kiernk ekran i powtórzyć jezcze co najmniej wa razy czynności i pomiary opiane w pnktach Wyłączyć laer i generator i zatąpić kwetę z woą naczyniem z rgą cieczą baaną gliceryna lb 9% ±% roztwór alkohol etylowego. 3. Powtórzyć wzytkie czynności i pomiary opiane w pnktach Wyniki pomiarów i obliczeń mieścić w tabeli: Ciecz [khz] śr N [cm] [cm] [m/] [m/]...,...,...,... Jako niepewność makymalną czętotliwości generatora przyjąć najmniejzą wartość otatniej wyświetlanej cyry.

6 V. Ocena niepewności pomiarowych :. Obliczyć niepewność tanarową łgości ali korzytając z zależności: [ ] A A Niepewność typ A należy policzyć ze wzor: 3 3 i i la 3 pomiarów oległości, a niepewności typ zamieniając niepewności makymalne i oraz na niepewności tanarowe wełg wzor 3.. Obliczyć niepewność tanarową prękości ali ltraźwiękowej: