X KONKURS ODDZIAŁU ŁÓDZKIEGO POLSKIEGO TOWARZYSTWA FIZYCZNEGO „FIZYKA DA SIĘ LUBIĆ”

Wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu

Cel Celem mojego doświadczenia było wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu. W doświadczeniu zastosowałem metodę rezonansu akustycznego, który zachodzi dla odpowiedniej długości fali .

Metoda rezonansowa Metoda rezonansowa polega na pobieraniu energii fal dźwigowych pochodzących ze źródła dźwięku przez inny układ, którego częstotliwość drgań własnych jest zbliżona do częstotliwości drgań własnych źródła dźwięku.

Pomoce • Ekierka o ramionach długości 30 cm • Dwie identyczne pokrywki od garnków o średnicy 22cm • Ekierka o ramionach długości 30 cm • Program komputerowy ( Soundcard Oscilloscope ) • Sznurek o długości około 1m

Technika realizacji pomiaru

Przywiązuję koniec sznurka do jednej z metalowych pokrywek od garnków

W pewnej odległości od sznurka ustawiam drugą pokrywkę

Realizacja pomiaru Uderzam w drugą pokrywkę wytwarzając fale dźwiękowe. Fale akustyczne wprawiają w rezonans wiszącą na sznurku pokrywkę. Mierzę ekierką odległość pomiędzy źródłem dźwięku a rezonującym ciałem. Zmieniam kilkukrotnie odległość źródła dźwięku od sznurka z pokrywką, aby wyznaczyć minimum 3 kolejne odległości rezonansowe.

Pomiar częstotliwości Za pomocą programu Soundcard Oscilloscope mierzę częstotliwość źródła dźwięku

Wyniki uzyskane po wielokrotnych próbach Λ [m] 0,4025 f [Hz] 815,85

Na podstawie poniższego wzoru wyznaczam prędkość

Prędkość dźwięku w powietrzu wyznaczona przeze mnie wynosi : v 328,379 m/s

Błąd bezwzględny procentowy dla wyznaczonej wartości prędkości dźwięku wynosi: δ% 1,62 %

PODSUMOWANIE I WNIOSKI Celem mojego doświadczenia było wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu. Wynik, zważając przede wszystkim na rodzaj kategorii, w której brałem udział jest mocno zbliżony do przewidywanego wcześniej przeze mnie. Istnieje błąd na poziomie 1,62% od wyniku zamierzonego, który może być spowodowany wielorakimi czynnikami, poczynając od błędu ludzkiego, ciśnienia temperatury, a kończąc na wilgotności powietrza. Rezonans akustyczny, którego zajście było dla mnie głównym założeniem w moim doświadczeniu, przy dobraniu odpowiedniej odległości metodą prób i błędów był wyraźnie zauważalny (samodzielne drganie pokrywki zwieszonej na sznurku). Zajście rezonansu ułatwiał dobór materiałów, gdyż każda pokrywa była wykonana z tego samego metalu, implikując łatwiej było osiągnąć takie same częstotliwości rezonansowe. Po zaobserwowaniu rezonansu, znając definicję fali dźwiękowej wyznaczyłem inne miejsca, w których poprzez działanie źródłem dźwięku rezonans może zajść ( czyli miejsca amplitudy fali), obliczając dzięki temu długość fali. Wyniki uzyskane przeze mnie po wielokrotnych próbach w granicach błędu oceniłbym na zadowalające.

Bibliografia Rogers Eric. M, Fizyka dla dociekliwych, wyd. 5, Warszawa, PWN, 1981, ISBN 83-01-02918-8

Załączniki : Dokument pdf. Pełny opis wykonanego doświadczenia

Dziękuję za uwagę MACIEJ MAZUR I LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCE IM. W. ŁUKASIŃSKIEGO W DĄBROWIE GÓRNICZEJ OPIEKUN: J. BOCHENEK-MARKIEWICZ