ULTRADŹWIĘKOWE ZJAWISKO DOPPLERA
Transkrypt
ULTRADŹWIĘKOWE ZJAWISKO DOPPLERA
Ćwiczenie nr 1 ULTRADŹWIĘKOWE ZJAWISKO DOPPLERA Aparatura Zintegrowany generator ultradźwiękowy (wzmacniacz sygnału, wyświetlacz częstotliwości przesunięć Dopplera), transporter z wózkiem. Rys. 1 Płyta czołowa generatora ultradźwięków Rys. 2 Schemat płyty czołowej generatora ultradźwięków 1. Wyświetlacz częstotliwości przesunięć Dopplera 2. Dioda GATE 3. Przełączniki MODE 4. Przełączniki GATE (TIME) 5. Przełączniki SECONDS 6. Przełącznik On/Off 7. Generator oraz odbiornik sygnału z głowic piezoelektrycznych 8. Wskaźnik natężenia sygnału Przebieg ćwiczenia 1. Generator ultradźwięków oraz transporter włączyć do sieci. W generatorze przełącznik MODE powinien być ustawiony na FREQ, GATE (TIME) ustawione na 1 Hz. Generator jest włączany czerwonym przyciskiem. Transporter jest włączany przyciskiem SIEĆ. 2. Dla każdej z wybranych opcji (przyciski 1 – 4 po lewej stronie transportera) notujemy po cztery czasy zbliżania się nadajnika do odbiornika oraz po cztery czasy oddalania się nadajnika od odbiornika. Podczas ruchu wózka zapisujemy odpowiadające wybranym opcjom prędkości przemieszczania się wózka oraz częstotliwości przesunięć Dopplera (z wyświetlacza generatora). Wyniki powyższych pomiarów pozwolą na obliczenie: Średniego czasu jazdy wózka dla każdej z wybranych opcji (jako średnia arytmetyczna) Średniej prędkości przesuwu wózka dla każdej opcji (wózek przebywa drogę równą 0.765 m). Wynik obliczeń zapisujemy w tabeli. UWAGA: „Start w prawo” oraz „Start w lewo” uruchamiamy dopiero wówczas, gdy zgaśnie lampka w okienku GATE generatora (zaznaczona jest czerwoną strzałką). Pomiar czasu uruchamiany jest automatycznie po naciśnięciu klawiszy „Start w lewo” („Start w prawo”). Kasowanie wyniku pomiaru czasu odbywa się przez naciśnięcie środkowego przycisku. 3. Stosując wzory: f1 = f 0 v v − v śr f 2 = f0 v v + v śr należy obliczyć i wpisać do tabeli wartości f1 i f2 (gdzie f1 – częstotliwość przy zbliżaniu się nadajnika do odbiornika, f2 – częstotliwość przy oddalaniu się nadajnika od źródła, f0 – częstotliwość odczytana z wyświetlacza generatora, gdy wózek spoczywa, v – prędkość dźwięku w powietrzu = 330 m/s, vśr – średnia prędkość wózka dla każdej z opcji). * * 4. Odczytać i wpisać do tabeli częstotliwości dopplerowskie odczytane z urządzenia (f1 i f2 ) i porównać je z częstotliwościami teoretycznymi (f1 i f2). 5. Na papierze milimetrowym wykreślić zależności f1*(vśr) i f2*(vśr). Wymagane wiadomości teoretyczne 1. Ruch falowy, wielkości charakteryzujące fale, równanie fali płaskiej, fala akustyczna. 2. Fale akustyczne: dźwięki i ultradźwięki. 3. Ultradźwięki, ich charakterystyka, źródła ultradźwięków (efekt piezoelektryczny), charakterystyka źródeł: pole bliskie i dalekie. 4. Efekt Dopplera, wyznaczanie prędkości na jego podstawie. Literatura 1. S. Miękisz, A. Hendrich, „Wybrane zagadnienia z biofizyki”, Volumed, Wrocław 1998. 2. K. Michalak, A. Hendrich, „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM, Wrocław 2002. 3. I. Markiewicz, „Ultradźwięki i infradźwięki”, PWN, Warszawa 1979. 4. E. Merz, „Diagnostyka ultrasonograficzna w ginekologii i położnictwie”, Volumed, 1999 (roz. II). Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu Katedra Biofizyki Zakład Biofizyki Ćwiczenie 1 Ultradźwiękowe zjawisko Dopplera ....................................................... ....................................................... Imiona i nazwiska studentów Wydział: Grupa studencka: Grupa ćwiczeniowa: 1. Podpis prowadzącego ćwiczenia Data Stopień zaliczenia Na podstawie przeprowadzonych pomiarów obliczyć prędkości wózka oraz wynikające z nich przesunięcia dopplerowskie. Wyniki zapisać w tabeli. Zbliżanie Opcja Średni czas [s] Średnia prędkość [m/s] Częstotliwość dopplerowska f1* [Hz] Oddalanie Teoretyczna częstotliwość dopplerowska f1 [Hz] Średni czas [s] 1 2 3 4 2. Na papierze milimetrowym wykreślić zależności f1*(vśr) i f2*(vśr). Średnia prędkość [m/s] Częstotliwość dopplerowska f2* [Hz] Teoretyczna częstotliwość dopplerowska f2 [Hz]