1
WYZNACZANIE CZĘSTOTLIWOŚCI DŹWIĘKU W POWIETRZU ZA POMOCĄ RURY REZONANSOWEJ.
Cele ćwiczenia:
1. Wyznaczenie częstotliwości drgań generatora z wykorzystaniem rury rezonansowej (rys. 1.).
2. Optymalizacja pomiarów w zależności od wysokości dźwięku.
Spis przyrządów
:Rura rezonansowa, dzielnik zasilający, generator, mikrofon z miernikiem natężenia dźwięku, czujnik mikrofonowy, oscyloskop, woltomierz, woltomierz cyfrowy.
Zagadnienia:
1. Ruch falowy i wielkości go charakteryzujące, równanie ruchu falowego.
2. Podział fal ze względu na kierunek drgań.
3. Zależność prędkości fali dźwiękowej w powietrzu od temperatury, wzór Laplace’a.
4. Interferencja fal, fale stojące, rezonans akustyczny.
Literatura:
1. Sz. Szczeniowski – Fizyka doświadczalna t. 1: Mechanika i akustyka. PWN, Warszawa 1980
2. T. Dryński – Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. PWN, Warszawa 1978 3. D. Halliday, R. Resnick – Fizyka t. 2, PWN Warszawa 1984.
4. B. Jaworski, A. Dietłaf – Kurs fizyki , t.3, PWN, Warszawa 1984.
5. H. Szydłowski – Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa 1997.
6. F.C Crawford – Fale. PWN, Warszawa 1973.
7. J.M Massalski – Fizyka dla inżynierów, cz.2, WNT, Warszawa 1975.
8. I Pracownia Fizyczna. pod red. Cz. Kajtocha, Wydawnictwo Naukowe AP, Kraków 2007
2
WYZNACZANIE CZĘSTOTLIWOŚCI DŹWIĘKU W POWIETRZU ZA POMOCĄ RURY REZONANSOWEJ.
Rys. 1 Rura rezonansowa
Wykonanie pomiarów
I. Pomiary dla częstotliwości z zakresu 400 - 900Hz
Rys. 2 Układ do badania stanów rezonansowych, przy zmianie odległości między tłokiem a zaślepionym końcem tuby.
1 - tuba rezonansowa, 2 - tłok, 3 - mikrofon, 4 - woltomierz, 5 - oscyloskop.
1. Zmontować rurę rezonansową jak na rysunku 2. W pobliżu pokrywy
z głośnikiem ustawić mikrofon, podłączony do woltomierza, mierzącego natężenie dźwięku.
2. Przy ustalonej częstotliwości drgań generatora akustycznego (z zakresu 400 - 900Hz) przesuwać tłok, obserwując wskazania miernika i odczytując na skali wartości l1, l2, l3,..itd. , odpowiadające kolejnym wzmocnieniom dźwięku
3
(maksymalne wychylenie wskazówki miernika). Pomiary powtórzyć co najmniej trzykrotnie.
3. Wykonać pomiary dla kilku innych częstotliwości, uzgodnionych z prowadzącym zajęcia.
4. Zanotować temperaturę otoczenia, dokładność termometru T, oraz dokładność częstościomierza f.
5. Obliczyć częstotliwość drgań generatora korzystając ze wzoru:
l t f u
2
0 1
(1)
gdzie:
0,004[K-1 ] - współczynnik rozszerzalności objętościowej gazu w 0oC uo = 331,4 m/s - prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzuw temperaturze 0oC.
l = ln –lm - odległość między dwoma sąsiednimi wzmocnieniami
2
l - długość fali dźwiękowej w powietrzu
l
t , f u
2 004 0
0 1
(2)
6. Obliczyć niepewność względną pomiaru. Porównać wynik ze wskazaniem generatora.
II. Pomiar dla częstotliwości zakresu 1- 15kHz
Rys. 3. Układ do badania stanów rezonansowych w tubie obustronnie zamkniętej . 1 - czujnik mikrofonowy, 2 - tuba rezonansowa, 3 - generator, 4 - woltomierz cyfrowy, 5 - dzielnik zasilający, 6 - oscyloskop.
4
1. Sprawdzić zgodność połączeń układu z rysunkiem 3.
2. Włączyć generator, oscyloskop i woltomierz.
3. Przy ustalonej częstotliwości drgań generatora akustycznego (z zakresu 1kHz- 15kHz) przesuwać pręt czujnika mikrofonowego, odczytując na skali
wartości l1, l2, l3,..itd. , odpowiadające kolejnym osłabieniom dźwięku (minimalna wartość napięcia na woltomierzu i minimalna amplituda na ekranie oscyloskopu). Pomiary powtórzyć co najmniej trzykrotnie.
4. Wykonać pomiary dla kilku innych częstotliwości, uzgodnionych z prowadzącym zajęcia.
5. Obliczyć częstotliwość drgań generatora korzystając ze wzoru (2) oraz niepewność względną pomiaru. Porównać wynik ze wskazaniem
generatora.
Tabela I
Wyznaczanie częstotliwości drgań generatora.
u0 [ms-1] t [oC]
t [oC]
fi generatora [Hz] l = ln – lm [m] lśr. [m] l [m] f [Hz] f [Hz]
l = ln – lm - odległość między dwoma sąsiednimi wzmocnieniami lub osłabieniami dźwięku.
- niepewności pomiarowe.
