Wyznaczanie prędkości dźwięku



Podobne dokumenty
WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ QUINCKEGO I KUNDTA

Mierzymy długość i szybkość fali dźwiękowej. rezonans w rurze.

Karta pracy do doświadczeń

WYDZIAŁ EKOLOGII LABORATORIUM FIZYCZNE

36P5 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

Wyznaczanie prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu i w ciele stałym

Fale dźwiękowe - ich właściwości i klasyfikacja ze względu na ich częstotliwość. dr inż. Romuald Kędzierski

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

1. Po upływie jakiego czasu ciało drgające ruchem harmonicznym o okresie T = 8 s przebędzie drogę równą: a) całej amplitudzie b) czterem amplitudom?

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Projekt efizyka. Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponadgimnazjalnych. Rura Kundta. Ćwiczenie wirtualne. Marcin Zaremba

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

Badanie widma fali akustycznej

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

Celem ćwiczenia jest badanie zjawiska Dopplera dla fal dźwiękowych oraz wykorzystanie tego zjawiska do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu.

2.6.3 Interferencja fal.

SCENARIUSZE ZAJĘĆ W CENTRUM NAUKI KOPERNIK W WARSZAWIE

SCENARIUSZ LEKCJI Z FIZYKI DLA KLASY III GIMNAZJUM. Temat lekcji: Co wiemy o drganiach i falach mechanicznych powtórzenie wiadomości.

Fale w przyrodzie - dźwięk

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

BADANIE PODŁUŻNYCH FAL DŹWIĘKOWYCH W PRĘTACH

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Wykład 3: Jak wygląda dźwięk? Katarzyna Weron. Matematyka Stosowana

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ćwiczenie nr 25: Interferencja fal akustycznych

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 32 AKUSTYKA Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Drgania i fale sprężyste. 1/24

Fale dźwiękowe wstęp. Wytworzenie fali dźwiękowej w cienkim metalowym pręcie.

36R5 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM ROZSZERZONY

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Podstawy fizyki wykład 9

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

Konkurs fizyczny szkoła podstawowa. 2018/2019. Etap rejonowy

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 25: Interferencja fal akustycznych. Prędkość dźwięku.

Prowadzący: Kamil Fedus pokój nr 569 lub 2.20 COK konsultacje: środy

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Badanie widma fali akustycznej

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Podstawy fizyki wykład 7

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Konkurs fizyczny - gimnazjum. 2018/2019. Etap rejonowy

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Badanie roli pudła rezonansowego za pomocą konsoli pomiarowej CoachLab II

12.Opowiedz o doświadczeniach, które sam(sama) wykonywałeś(aś) w domu. Takie pytanie jak powyższe powinno się znaleźć w każdym zestawie.

Ćwiczenie 25. Interferencja fal akustycznych

Fala na sprężynie. Projekt: na ZMN060G CMA Coach Projects\PTSN Coach 6\ Dźwięk\Fala na sprężynie.cma Przykład wyników: Fala na sprężynie.

d) Czy bezpiecznik 10A wyłączy prąd gdy pralka i ekspres są włączone? a) Jakie jest natężenie prądu płynące przez ten opornik?

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

Akustyka muzyczna. Wykład 8 Instrumenty dęte. dr inż. Przemysław Plaskota

AKUSTYKA. Matura 2007

Fale mechaniczne i akustyka

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Drania i fale. Przykład drgań. Drgająca linijka, ciało zawieszone na sprężynie, wahadło matematyczne.

ZASTOSOWANIE PSYCHOAKUSTYKI ORAZ AKUSTYKI ŚRODOWISKA W SYSTEMACH NAGŁOŚNIAJĄCYCH

Dźwięk w muzyce europejskiej

Technika nagłaśniania

Konkurs fizyczny szkoła podstawowa. 2018/2019. Etap wojewódzki

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Zasady oceniania karta pracy

Analiza spektralna widma gwiezdnego

TEMAT: OBSERWACJA ZJAWISKA DUDNIEŃ FAL AKUSTYCZNYCH

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Podpis prowadzącego SPRAWOZDANIE

SPRAWOZDANIE Z WYKONANEGO DOŚWIADCZENIA

Rozmycie pasma spektralnego

Przedmiotowy system oceniania z fizyki, zakres rozszerzony dla klasy 3et, wg. wydawnictwa Nowa Era. Ruch drgający

INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA DŹWIĘKU METODĄ FAL STOJĄCYCH

1. Jeśli częstotliwość drgań ciała wynosi 10 Hz, to jego okres jest równy: 20 s, 10 s, 5 s, 0,1 s.

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 5 A

2LO 6 lu L 92, 93, 94 T3.5.2 Matematyczny opis zjawisk falowych cd. Na poprzednich lekcjach już było mamy to umieć 1. Ruch falowy 1.

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Wykład 9: Fale cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Ćwiczenie nr 6 Termoakustyczne urządzenie chłodnicze

ZBIÓR ZADAŃ STRUKTURALNYCH

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Fizyki dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2011/2012

POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA I IMPEDANCJI AKUSTYCZNEJ

Kamerton 1. Problem 1: Dlaczego kamerton umieszczony na pudle rezonansowym słyszymy głośniej? Skąd bierze się dodatkowa energia?

TRANFORMACJA GALILEUSZA I LORENTZA

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM FIZYKA I ASTRONOMIA

Widmo fal elektromagnetycznych

Ponieważ zakres zmian ciśnień fal akustycznych odbieranych przez ucho ludzkie mieści się w przedziale od 2*10-5 Pa do 10 2 Pa,

LIGA klasa 2 - styczeń 2017

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

obszary o większej wartości zaburzenia mają ciemny odcień, a

BADANIA SYMULACYJNE ROZKŁADU CIŚNIENIA AKUSTYCZNEGO W OBIEKTACH O RÓŻNEJ SKALI

Transkrypt:

Wyznaczanie prędkości dźwięku OPRACOWANIE

Jak można wyznaczyć prędkość dźwięku? Wyznaczanie prędkości dźwięku metody doświadczalne. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 330 m/s. Dokładniejsze jej określenie nie jest celowe, ponieważ prędkość dźwięku zależy od temperatury gazu i średniej masy cząsteczkowej gazu. Zmiany temperatury i wilgotności powietrza mogą więc powodować różnice prędkości dźwięku. Zmiany te nie przekraczają zwykle kilkunastu metrów na sekundę. Są jednak wystarczające na to, by na granicy warstw powietrza o różnej temperaturze i wilgotności mogły występować dość silne odbicia fal dźwiękowych. Odbicia dźwięku od chmur są na przykład przyczyną grzmotu - pogłosu towarzyszącego wyładowaniom atmosferycznym. Proste laboratoryjne metody wyznaczania prędkości dźwięku w gazach i ciałach stałych oparte są na pomiarach długości i częstotliwości fal stojących, powstających w słupach gazu i prętach. 1. METODA QUINCKEGO - wyznaczanie prędkości dźwięku przy pomocy naczyń Quinckego I etap Naczynia Quinckego napełniamy wodą. Kamerton umieszczamy tuż nad krawędzią cienkiej rury i pobudzamy go do drgań. W tym samym czasie, gdy przystawiamy kamerton do dłuższej rury, gwałtownie opuszczamy grubsze naczynie w dół. Następują wówczas zmiany poziomu wody w naczyniach, tzn. w naczyniu wyższym poziom wody opada, a w grubszym wzrasta. Po kilku sekundach na pewnym poziomie wody w dłuższej rurze można usłyszeć zwiększenie natężenia dźwięku. Wtedy następuje rezonans. W momencie, gdy nastąpi rezonans, należy zaznaczyć wysokość słupa powietrza, przy której on nastąpił. www.iwiedza.net 2

II etap Drugi etap przebiega podobnie do pierwszego. Opuszczamy gwałtownie szerokie naczynie, ale jeszcze niżej niż w pierwszym przypadku. Gdy nastąpi ponowny wzrost natężenia dźwięku, czyli drugi rezonans, zaznaczamy wysokość słupa powietrza, przy której ów rezonans nastąpił. III etap - zestawienie wyników Korzystając z rysunków odczytujemy, że: Do wzoru na prędkość fali podstawiamy powyższą równość i uzyskujemy prędkość dźwięku: www.iwiedza.net 3

2. METODA KUNDTA - wyznaczanie prędkości dźwięku przy pomocy rury Kundta Rura Kundta jest to szklana rura o długości około jednego metra. Z jednej strony wkładamy do rury pręt z materiału, w którym chcemy wyznaczyć prędkość dźwięku. Pręt umocowany jest dokładnie w środku swojej długości. Z drugiej strony zatykamy rurę tłoczkiem. Pocieramy pręt szmatką zwilżoną denaturatem, aby wytworzyć w nim falę dźwiękową. W pręcie powstaje fala stojąca. l - długość rury - długość fali stojącą w pręcie Fala dźwiękowa przechodzi z pręta do powietrza zawartego w rurze i w rurze jest również falą stojącą. Następuje rezonans, więc: - częstotliwość fali stojącej w powietrzu w rurze www.iwiedza.net 4

- prędkość fali stojącej w powietrzu w rurze - prędkość fali stojącej w pręcie (szukana prędkość dźwięku w tym pręcie). Aby zaobserwować gdzie w rurze są węzły i strzałki wsypujemy zmielony korek. Następnie odczytujemy odległość od węzła do węzła (lub od strzałki do strzałki). d - odległość od węzła do węzła (lub od strzałki do strzałki). Podstawiamy za długości fal wyżej otrzymane wzory do wzoru na prędkość dźwięku: www.iwiedza.net 5

3. Pomiar prędkości dźwięku w powietrzu na podstawie efektu Dopplera. Metoda pomiaru Gdy odległość pomiędzy obserwatorem i źródłem fal o określonej częstotliwości ulega zmianie obserwuje się zmianę częstotliwości fal dochodzących do obserwatora. Zjawisko to nosi nazwę efektu Dopplera. Poszukiwana prędkość rozchodzenia dźwięku w powietrzu oznaczona jest symbolem c! Przypadek I. Obserwator porusza się względem nieruchomego źródła dźwięku. Częstotliwość fali f, jej długość λ oraz prędkość rozchodzenia c związane są zależnością: Podczas zbliżania się z prędkością v do źródła dźwięku, względna prędkość obserwator źródło wynosi (c + v) stąd częstotliwość sygnału odbieranego przez obserwatora wynosi (1) i jest wyższa od rzeczywistej. Uwzględniając (1) mamy (2) (3) Gdy obserwator oddala się od źródła dźwięku z prędkością v, prędkość fali względem niego jest mniejsza i wynosi (c-v), stąd obserwowana przez niego częstotliwość dźwięku jest mniejsza od rzeczywistej: Przypadek II. Źródło dźwięku porusza się względem nieruchomego obserwatora. Gdy źródło dźwięku przemieszcza się, ulega przesunięciu środek drgań. Długość fali będąca odległością pomiędzy kolejnymi zagęszczeniami powietrza w kierunku ruchu źródła zmniejsza się (λ2 = (c-v)/f ) a w kierunku przeciwnym wzrasta (λ1 = (c+v)/f). Częstotliwości związane ze zmienionymi długościami fal wynoszą odpowiednio: Przy zbliżaniu się źródła: (4) Przy oddalaniu się źródła: (5) www.iwiedza.net 6

(6) Asymetria występująca we wzorach 3 i 5 oraz 4 i 6 znika w przypadku spełnienia warunku v/c<<1. Rozwijając wyrażenia 5 i 6 w szereg i zaniedbując wyrazy kwadratowy i wyższe otrzymamy odpowiednio wzory 3 i 4. (7) Przy założeniu v/c <<1 zależność częstotliwości odbieranego sygnału od prędkości przemieszczania źródła dźwięku jest funkcją liniową: (8) o współczynniku nachylenia (9) stąd prędkość dźwięku w powietrzu (10) (11) www.iwiedza.net 7