Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa
w Kaliszu
Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki
Ćwiczenie 7
Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu przy użyciu rury
rezonansowej
Opracował:
Ryszard Maciejewski
Kalisz, luty 2005 r.
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 7 – prędkość dźwięku
Część doświadczalna
Celem ćwiczenia jest:
9 zbadanie zjawiska rezonansu fal w powietrzu,
9 wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu,
Pomiary i obliczenia
Materiały i przyrządy
¾ generator akustyczny,
¾ słuchawka mikrofonowa,
¾ rura rezonansowa.
Przebieg ćwiczenia
1. do gniazda (5) generatora podłączyć słuchawkę w obudowie,
2. słuchawkę umieścić w obudowie rury rezonansowej jak na rys 5,
3. włączyć generator i ustalić częstotliwość np. 1200 Hz,
4. przełącznikiem (1) wybrać przebieg generowanych sygnałów np. sinusoidalnych,
5. pokrętłem (7) ustalić wartość wzmocnienia dźwięku,
6. przesuwać tłok w rurze i słuchać wzmocnień i osłabień dźwięku,
7. miejsca wzmocnień oczytać z podziałki na rurze rezonansowej,
8. powtórzyć pomiary kilkakrotnie nie zmieniając częstotliwości,
9. zmierzyć kilka kolejnych odległości między wzmocnieniami,
10. zmienić częstotliwość generowanych dźwięków i pomiary powtórzyć od pkt. 4,
11. porównać wyniki pomiarów – jak zmienia się długość fali w zależności od częstotliwości,
12. wykonać doświadczenie w rurze otwartej po wymontowaniu tłoka,
13. sprawdzić rozkład strzałek i węzłów zmieniając częstotliwość generowanych drgań,
(na końcu otwartej rury mamy teraz strzałkę),
14. korzystając z warunku:
vt = λ · f
oraz:
l2 – l1 = ¾ λ – ¼ λ = ½ λ
stąd:
λ = 2(l2 – l1 )
wylicz prędkość fali dźwiękowej w powietrzu,
15. korzystając z zależności:
ν = ν 0 1 + 0,004 t
oblicz prędkość dźwięku w powietrzu i porównaj z wyliczoną w pkt. 14
16. wyniki pomiarów i obliczeń wpisz do tabeli pomiarowej.
-2-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 7 – prędkość dźwięku
Tabela pomiarowa
Wielkość
mierzona
Wymiar
l1 =
[m]
l2 =
[m]
λ=
[m]
t=
[0C]
vt =
[m/s]
f=
[Hz]
v=
[m/s]
Pomiar 1
Pomiar 2
Pomiar 3
Pomiar ....
Wartość
średnia
Ocena błędów
9 zasadniczy błąd to pomiar wielkości l1 i l2
9 wartości średnie l1 i l2, obliczyć ze wzoru:
x śr =
1 n
∑ xi
n i =1
- gdzie:
n – ilość pomiarów,
xi – wynik każdego pomiaru.
9 Obliczyć błąd poszczególnego pomiaru jako odchylenie wartości pomiaru od wartości
średniej ze wzoru:
εi = xi - xśr
9 Obliczyć odchylenie standardowe (błąd średni kwadratowy średniej wartości) ze
wzoru:
σs =
n
1
∑ ε i2
n(n − 1) i =1
9 oblicz błąd maksymalny i minimalny wartości v t ,
-3-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 7 – prędkość dźwięku
9 określić błąd odczytu temperatury,
9 oszacować błędy pomiarów poszczególnych mierzonych wielkości,
9 aby wyeliminować błąd paralaksy, oko w chwili odczytywania odpowiedniej podziałki
skali winno być umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej do skali.
Pojęcia kluczowe
Generatory drgań akustycznych, mechanizm rozchodzenia się fal w ośrodkach, fale
podłużne i poprzeczna, prędkość fali, równanie fali, okresowość ruchu falowego, fale
akustyczne, cechy dźwięku, rezonans.
Literatura uzupełniająca
1. Stanisław Szuba – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki” Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej 1996 r.
2. Tadeusz Dryński – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN Warszawa1967 r.
3. Henryk Szydłowski – „Pracownia fizyczna”, PWN Warszawa 1975 r.
4. Michał Halaunbrenner – „Ćwiczenia praktyczne z fizyki” – kurs średni, PZWSz
5. Jay Orear – „Fizyka”, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, W-wa 1998r.
6. R.Resnick, D.Halliday – „Fizyka” dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych,
tom I, wydanie IV, PWN, Warszawa 1980 r.
7. Marta Skorko – „Fizyka”, PWN Warszawa 1980 r.
8. Szczepan Szczeniowski – „Fizyka doświadczalna” cz.I, PWN, Warszawa 1980 r.
9. C.Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman – „Mechanika”, PWN, Warszawa 1973 r., wyd.II
10. R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands – „Feynmana wykłady z fizyki”, tom I, część I,
PWN, Warszawa 1971 r.
-4-