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

Podobne dokumenty
Ćwiczenie nr 25: Interferencja fal akustycznych

Ćwiczenie 25. Interferencja fal akustycznych

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

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

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

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

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

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ QUINCKEGO I KUNDTA

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

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

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

WYDZIAŁ EKOLOGII LABORATORIUM FIZYCZNE

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

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

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

Badanie widma fali akustycznej

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

SPRAWOZDANIE Z WYKONANEGO DOŚWIADCZENIA

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Ć W I C Z E N I E N R M-7

Imię i nazwisko ucznia Data... Klasa...

Mierzymy długość i szybkość fali dźwiękowej. rezonans w rurze.

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

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

Temat: Pomiar współczynnika załamania światła w gazie za pomocą interferometru Michelsona

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

AKUSTYKA. Matura 2007

Badanie widma fali akustycznej

MOMENT MAGNETYCZNY W POLU MAGNETYCZNYM

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

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

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

BADANIE PODŁUŻNYCH FAL DŹWIĘKOWYCH W PRĘTACH

TEMAT: OBSERWACJA ZJAWISKA DUDNIEŃ FAL AKUSTYCZNYCH

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

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

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

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Wyznaczanie prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu i w ciele stałym

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

ZBIÓR ZADAŃ STRUKTURALNYCH

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Wyznaczanie prędkości dźwięku

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

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

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

Testy Która kombinacja jednostek odpowiada paskalowi? N/m, N/m s 2, kg/m s 2,N/s, kg m/s 2

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Widmo fal elektromagnetycznych

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

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

ZADANIE 104 WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DZWIĘKU METODĄ CZASU PRZELOTU

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

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Badanie transformatora

- podaje warunki konieczne do tego, by w sensie fizycznym była wykonywana praca

Fale dźwiękowe i zjawisko dudnień. IV. Wprowadzenie.

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

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

Nauka o słyszeniu. Wykład I Dźwięk. Anna Preis,

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

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

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Fale w przyrodzie - dźwięk

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

Wytrzymałość dielektryczne powietrza w zależności od ciśnienia

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.

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone a

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie generatorów sinusoidalnych (2h)

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

Podstawy fizyki wykład 7

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Paweł Turkowski Zakład Fizyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 10 POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU W POWIETRZU

Drgania i fale sprężyste. 1/24

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

Transkrypt:

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 25: Interferencja fal akustycznych. Prędkość dźwięku. Cel ćwiczenia: Pomiar prędkości dźwięku w powietrzu oraz w niektórych wybranych gazach przy użyciu rury Quinckego. Wyznaczenie wykładnika κ w równaniu adiabaty. Literatura [1] Halliday D., Resnick R., Fizyka, T.1, PWN, Warszawa 1994. [2] Bobrowski Cz., Fizyka krótki kurs, WNT, Warszawa 1993. Zagadnienia do opracowania Ocena i podpis 1. Podaj definicję ruchu falowego (dla przypadku jednowymiarowego) i omów wielkości fizyczne: amplitudę, fazę, przesunięcie fazowe, okres, częstotliwość, długość fali, wektor falowy. 2. Czym różni się fala podłużna od poprzecznej? Podaj przykłady takich fal. 3. Omów zjawisko interferencji fal. 4. Omów cechy fizyczne dźwięku: wysokość, głośność, barwę. Jaki jest zakres słyszalności (dla ucha ludzkiego) fal dźwiękowych? 5. W jakiej skali mierzymy natężenie (głośność) dźwięku? Co to jest decybel? 6. Od czego zależy prędkość dźwięku? 7. Opisz przemianę stanu gazu zachodzącą podczas rozchodzenia się w nim fali dźwiękowej. Ocena z odpowiedzi: 25-1

1 Opracowanie ćwiczenia Opracuj i opisz zagadnienia nr i podpis: 25-2

2 Oznaczenia, podstawowe definicje i wzory Stosowane oznaczenia: λ długość fali v prędkość fali f częstotliwość fali T temperatura bezwzględna R uniwersalna stała gazowa, R = 8, 32 J/mol K µ masa cząsteczkowa gazu κ c p /c V stosunek ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu (c p ) do ciepła właściwego przy stałej objętości (c V ) x 1, x 2 drogi przebyte przez nakładające się ciągi falowe Warunek dla minimum amplitudy dla nakładających się ciągów fal (o jednakowych λ i f: ( x 1 x 2 = λ n 1 ) (n = 1, 2, 3,...) 2 Podstawowy związek pomiędzy parametrami fali v = fλ. (1) Prędkość dźwięku w gazie doskonałym (temperatura T, parametry gazu µ, c p, c V, κ) : Układ pomiarowy v = RT κ µ, (2) Rysunek 25-1: Rura Quinckego. Rys.25-1 przedstawia rurę Quinckego, przy pomocy której można mierzyć prędkość dźwięku w gazach wykorzystując zjawisko interferencji fal dźwiękowych. Fala dźwiękowa rozdziela się na dwie części, biegnące w każdej z dwóch rur wygiętych w kształcie litery U. Jedna z tych rur ma długość zmienną, regulowaną przez wysuwanie ruchomego jej fragmentu (jak w puzonie). Przy pomocy pompy próżniowej można odpompować z układu pomiarowego powietrze, które następnie można zastąpić wybranym gazem. Natężenie dźwięku rejestrowane jest za pomocą mikrofonu, podłączonego do słuchawek oraz niezależnie do oscyloskopu. 25-3

3 Wykonanie ćwiczenia A Pomiar prędkości dźwięku w powietrzu. 1. Otwórz kran K2 w celu usunięcia ewentualnych resztek gazu poprzednio użytego i zapowietrzenia układu. W czasie przeprowadzania pomiarów kran K2 powinien być przez cały czas otwarty, by ciśnienie w zmieniającej się objętości rury było stale równe zewnętrznemu; 2. Znajdź na korpusie generatora gałkę potencjometru regulacji amplitudy drgań i skręć ją do pozycji zero, a następnie włącz jego zasilanie ( 220 V); 3. W międzyczasie odczytaj na termometrze ściennym i zanotuj w tabeli temperaturę powietrza w sali; 4. Gałką potencjometru dobierz głośność dźwięku w słuchawkach (nie za dużą męczy słuch już po niedługim czasie); 5. Ustaw na wyskalowanej tarczy generatora na próbę różne częstotliwości drgań i dla każdej z nich przeszukując całą skalę przesuwu ruchomego fragmentu rury (przez obrót korbką), znajdź taką częstotliwość generowanych fal, dla której na całej długości przesuwu występują: tylko 2 minima głośności, a następnie taką, dla której jest ich 5; będą to: najniższa i najwyższa z używanych następnie do pomiaru wartości. Częstotliwość generowanych drgań odczytuje się na wyskalowanej tarczy obrotowej generatora, posługując się dodatkowo położonym niżej od niej przełącznikiem zakresów mnożnika. Na przykład, częstotliwość 2000 Hz może być ustawiona albo tak: 20 Hz (na tarczy) x 100 (mnożnik) = 2000 Hz albo tak: 200 Hz (na tarczy) x 10 (mnożnik) = 2000 Hz; 6. Dla każdej przyjętej do pomiaru częstotliwości drgań (najlepiej wykonać pomiary dla częstotliwości tak dobranych, by przy nich występowało: 2, 3, 4 i 5 minimów) cały dostępny przesuw ruchomej rury musi być przeszukany 3-krotnie, czyli położenie ai każdego minimum głośności musi być 3-krotnie odczytane na skali i za każdym razem z osobna zapisane w Tabeli 1 z wynikami pomiarów z wykorzystaniem trzech kolejnych wierszy tabeli: po jednym wierszu na jeden przesuw od końca do końca skali. Odległości pomiędzy sąsiednimi minimami powinny wypaść przy ustalonej częstotliwości mniej więcej (w granicach niepewności pomiarowej) jednakowe; warto je na bieżąco w trakcie pomiarów sprawdzać, by uniknąć opuszczenia któregoś minimum przez nieuwagę (wtedy odnośna wartość odległości pomiędzy minimami wypada mniej więcej dwukrotnie większa od pozostałych). B Pomiar prędkości dźwięku w gazie innym niż powietrze. 1. Czynności wstępne, obejmujące napełnienie rury Quinckego wybranym gazem: a) wysuń ruchomy fragment rury do końca do oporu. Zamknij kran K2, pozostawiając kran K1 otwarty, b) śledząc wskazania manometru, odpompuj rurę przy użyciu pompy próżniowej, c) zamknij kran K1, wyłącz pompę, d) balonik z gazem otrzymany od dyżurującego technika nasuń na kran K2, po czym otwórz ten kran, wpuszczając gaz do rury. Kran K2 w czasie wykonywania pomiarów powinien być przez cały czas otwarty, by umożliwić kompensowanie ciśnienia w rurach przy zmianach ich objętości, 2. Wykonaj pomiary tak, jak w punktach od 2 do 6 dla powietrza, 3. Czynności końcowe: Zdejmij z kranu balonik z gazem i oddaj dyżurującemu technikowi, wnętrze rur (po zamknięciu kranu K2) odpompuj i po wyłączeniu pompy zapowietrz rury przez jego otwarcie. Wariant do wykonania (określa prowadzący): 25-4

Wykonaj pomiary opisane w punktach i podpis: 4 Wyniki pomiarów Tabela 1 Często- Położenie kolejnych Różnica położeń Długość Prędkość tliwość minimów kolejnych minimów fali dźwięku drgań [mm] i = a i+1 a i [mm] λ śr [mm] v k [m/s] a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 1 2 3 4 f[hz] Temperatura [ C] 5 Opracowanie wyników pomiarów 1. Dla każdego wiersza Tabeli 1 z zamieszczonych w nim wyników pomiarów oblicz: a) różnice i = a i+1 a i położeń sąsiadujących ze sobą minimów; b) średnią wartość długości fali λ śr = 2 n 1 i=1 i podpis:, gdzie n liczba znalezionych minimów; stąd n 1 (n 1) jest liczbą odległości pomiędzy nimi. (Dwójka w tym wzorze bierze się stąd, że różnica dróg przebytych przez fale biegnące w jednej i w drugiej rurze jest dwukrotnie większa niż przesunięcie ruchomej części rury wzdłuż skali.); c) prędkość dźwięku v k (z równania (1)); 2. Ze wszystkich N uzyskanych wartości v k oblicz wartość średnią v śr i jej odchylenie standardowe (u(v)): 25-5

N (v k v śr ) 2 k=1 u(v) = ; N(N 1) 3. Następnie z (2) oblicz wartość prędkości dźwięku w temperaturze 0 C: v 0 = v śr T0 T śr =......... ; Porównaj tak zredukowaną do temperatury 0 C wartość v 0 z wartością tablicową; uzyskane wyniki wpisz do Tabeli 2; 4. Oblicz ze związku (2) wartość wykładnika adiabaty κ = c p /c V. Za masę molową gazu należy przyjąć wartość tablicową, a dla powietrza (mieszaniny gazów) µ obliczyć ze wzoru: µ = µ i w i, gdzie µ i i oznaczają masy molowe głównych składników powietrza, zaś w i wagi wynikające z jego składu procentowego; dla azotu: w N = 0,78, tlenu: w 0 = 0,21, argonu: w Ar = 0,01. µ N = µ 0 = µ Ar = Uzyskany wynik wpisz do Tabeli 2. µ N = µ i w i = Tabela 2 Średnia prędkość v śr w temperaturze pomiaru i jej odchylenie standardowe u(v) Obliczona prędkość dźwięku w temperaturze 0 C Tablicowa wartość prędkości dźwięku w temperaturze 0 C Wykładnik κ w równaniu adiabaty (wartość teoretyczna dla powietrza 1.4) 25-6

Wnioski: Uwagi prowadzącego: Ocena za opracowanie wyników: ocena podpis 6 Załączniki: dodatkowe wykresy, obliczenia, ewentualna poprawa 25-7