Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą czasu przelotu

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu
metodą czasu przelotu
Przyrządy:
1.
2.
3.
4.
5.
Ława optyczna.
Głośnik – G.
Dwa mikrofony – M1 i M2.
Dwa wzmacniacze napięciowe PMM-3 – W1 i W2.
Miernik czasu MCA-2 – C.
Przebieg czynności:
1. Odczytać temperaturę T0 panującą w pomieszczeniu.
2. Sprawdzić czy układ pomiarowy zestawiony jest zgodnie ze schematem.
M2
G
M1
W1
C
ms
PMM-3
W2
WE 1
WE 2
MCA-2
PMM-3
3. Umocować mikrofony tak, aby mikrofon M1 był położony niżej niż mikrofon M 2 .
Ustawić na ławie optycznej mikrofon M 2 w położeniu 10cm, mikrofon M1 – 30cm,
głośnik – 140cm.
4. Ustawić minimalne wzmocnienie wzmacniaczy napięciowych W1 i W2 . Włączyć
wzmacniacze napięciowe i miernik czasu.
5. W mierniku czasu nacisnąć przycisk KAS.-START. Pojawi się krótki trzask w
głośniku oraz zaświecą się obie diody (zielona i żółta) przy wejściach do miernika.
6. Zwiększyć nieco wzmocnienie wzmacniacza W1 podłączonego do mikrofonu M1 i
wejścia WE 1 miernika czasu. Ponownie nacisnąć i puścić przycisk KAS.-START.
Wykonywać powyższe czynności do momentu, gdy zgaśnie zielona dioda.
7. Wykonać czynność opisaną w punkcie 6 dla drugiego wzmacniacza.
8. Wykonać 10 pomiarów czasu przemieszczenia się czoła fali pomiędzy mikrofonami
M1 i M 2 poprzez naciskanie i zwalnianie przycisku KAS.-START. Nie wpisywać do
tabeli pomiarowej wyników znacznie odbiegających od wartości przeciętnej – mogą
być one spowodowane zbyt dużym hałasem w pomieszczeniu.
9. Wykonać kolejne pomiary czasu przemieszczania się czoła fali dźwiękowej pomiędzy
mikrofonami, przesuwając co 10 cm mikrofon M1 w kierunku głośnika G.
W przypadku ponownego zapalenia się jednej z diod, wykonaj czynności opisane w
punktach 4–7.
10. Dla każdej odległości S pomiędzy mikrofonami M1 i M 2 , wyznaczyć średni czas t
przemieszczenia się fali dźwiękowej oraz obliczyć prędkość dźwięku:
V=
S
.
t
11. Obliczyć średnią prędkość dźwięku i jej odchylenie standardowe.
12. Porównać otrzymany wynik z wartością prędkości dźwięku obliczoną na podstawie
wzoru
V = 1+
T0
⋅ 331,5 ,
273,15
dla temperatury T0 panującej w pomieszczeniu.
Tabela pomiarowa:
T0 = ... °C
M 2 [cm]
M1 [cm]
S [cm]
t1 [ms]
t2 [ms]
t3 [ms]
t4 [ms]
t5 [ms]
t6 [ms]
t7 [ms]
t8 [ms]
t9 [ms]
t10 [ms]
t [ms]
V [m/s]
10
30
10
40
10
50
10
60
10
70
10
80
10
90
10
110