Wyznaczanie prędkości dźwięku metodą oscyloskopową Mateusz Matczak, Jan Lewandowski. I LO im. Bolesława Krzywoustego w Słupsku

Wstęp W wyniku wychylenia elementu objętości ośrodka sprężystego z położenia równowagi następują jego drgania (harmoniczne) wokół tego położeniaSprężyste właściwości danego ośrodka drgania powodują przekazywanie tego drgania do dalszych jego części. Falą biegnąca nazywa się falę zagęszczeń i rozrzedzeń ośrodka, która może rozchodzić się w ciałach o stałym stanie skupienia, cieczach i gazach. Falę tą opisuje równanie: y= A x cos(wt-kx) w=2πf –tzw. częstotliwość kołowa f -częstotliwość fali K – liczba falowa, która znajduje się ze wzoru k=2π : λ

Prędkość rozchodzenia się fali jest różna dla różnych ośrodków i wiąże się z długością fali oraz częstotliwościom drgań ośrodka v= λf Fala pozyskuje częstotliwość równą odwrotności okresu od źródła, które te falę wyraża 1 f= --- T

Przyrządy potrzebne do wykonania doświadczenia Oscyloskop i generator Mikrofon ze wzmacniaczem Głośnik +Kartonowe pudełko, okablowanie, miarka

Zestaw doświadczalny Zdjęcie Schemat

Przebieg doświadczenia Włączamy oscyloskop, generator, mikrofon oraz wzmacniacz. Ustawiamy częstotliwość dźwięku generowanego przez generator Odsuwamy mikrofon od głośnika do momentu, w którym wykresy fal na oscyloskopie ponownie się pokryją. Oznaczać to będzie, iż przesunęliśmy mikrofon o długość fali. Dla pewności i uśrednienia wyników, dokonujemy kilku pomiarów. Uwaga ! W pracowni, w której wykonywane jest doświadczenie powinna panować cisza. Rozmowy, słyszane na filmie nie miały miejsca podczas oficjalnych prób doświadczalnych.

Film ilustrujący przebieg doświadczenia znajduję się w folderze zawierającym prezentację multimedialną

W poniższej tabeli zawarliśmy wyniki naszych pomiarów Numer pomiaru 1 kHz kHz 3 kHz 1 324 mm 183 mm 118 mm 2 331 mm 181 mm 109 mm 3 330 mm 179 mm 123 mm 4 314 mm 120 mm 5 354 mm 194 mm 107 mm 6 346 mm 180 mm 111 mm 7 328 mm 201 mm 106 mm 8 341 mm mm 121 mm 9 353 mm 175 mm 10 349 mm 114 mm Średnia długość 337 mm 183.4 mm 114.7 mm

Częstotliwość 1 kHz 2 kHz 3 kHz Średnia długość 337 mm 183.4 mm 114.7 mm Prędkość dźwięku w metrach na sekundę 337 m/s 366.8 m/s 344.1 m/s Średni wynik : 349.3 m/s Odchylenie standardowe z próby = 20,19755875 „W powietrzu, w temperaturze 15 °C, prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s” - źródło : http://pl.wikipedia.org/wiki/Pr%C4%99dko%C5%9B%C4%87_d%C5%BAwi%C4%99ku

Podsumowanie Nasz średni wynik jest zbliżony do tablicowej wartości prędkości dźwięku, jednakże najdokładniejszy był średni wynik cząstkowy dla częstotliwości 1 kHz. Skąd błędy pomiarowe? Pracownia znajduje się w budynku położonym przy ruchliwej jezdni. Ponadto mikrofon wytwarza drobny szum, który można zaobserwować na wykresie ukazanym na wyświetlaczu oscyloskopu. Nasz wynik przerósł nasze oczekiwania, dlatego jak najbardziej możemy uznać go za poprawny.