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]