pomiar prędkości dźwięku w powietrzu metodą przesunięcia fazowego

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU W POWIETRZU METODĄ
PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO (OSCYLOSKOPOWĄ)
PYTANIA KONTROLNE
1.
2.
3.
4.
Fala akustyczna, równanie fali, wielkości charakteryzujące falę akustyczną
Faza fali akustycznej, przesunięcie fazowe
Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach
Prędkość dźwięku w powietrzu, zależność od ciśnienia i temperatury
POMIARY
↘ UWAGA! Generator można włączać i wyłączać tylko przy pokrętle amplitudy ustawionym na 0.
1.
2.
3.
4.
Włączyć generator sygnału zmiennego oraz oscyloskop.
Ustawić na generatorze częstotliwość przebiegu zmiennego podawanego na głośnik: 1700 Hz.
Przesuwając mikrofon obserwować zachowanie się elipsy na ekranie oscyloskopu.
Notować takie położenia mikrofonu, przy których elipsa przechodzi w prostą skośną, nachyloną
pod katem 45˚ lub 135˚ do poziomu.
Δφ
0
φ/4
φ/2
3φ/4
φ
Elipsa
5. Powtórzyć dla innych, wyższych częstotliwości, ustalonych przez Prowadzącego (5 różnych).
TABELA POMIAROWA
Temperatura otoczenia______________ ˚C
Położenie mikrofonu xi, cm
f, Hz
x1
x2
1500
Hz Δx1,2=
x3
x4
Δx3,4=
Δx2,3=
Δx4,5=
x5
Δxśr = _________m
uc(Δxśr) = _________m
c = _________m/s
u(c) = _________m/s
OBLICZENIA
1. Obliczyć odległości miedzy kolejnymi położeniami mikrofonu
Δx = xi+1 - xi.
2. Obliczyć średnią wartość Δxśr, oraz jej niepewność całkowitą (uwzględnić dokładność przyrządu
użytego do pomiaru odległości oraz niepewność uśrednienia dla krótkiej serii).
3. Obliczyć prędkość dźwięku wg wzoru
c =2f Δxśr,
gdzie f – częstotliwość napięcia zmiennego podawanego na głośnik.
4. Korzystając z prawa przenoszenia niepewności obliczyć niepewność wyznaczonej prędkości.
5. Analogiczne obliczenia przeprowadzić dla pozostałych częstotliwości fali akustycznej.
Metoda 1.
6. Obliczyć średnią ważoną prędkości powietrza oraz niepewność średniej ważonej. Zapisać wynik
w odpowiednim formacie.
7. Obliczyć niepewność rozszerzoną i porównać wynik z wartością teoretyczną prędkości dźwięku
dla suchego powietrza i w temperaturze panującej w laboratorium.
8. Obliczyć wykładnik równania adiabaty:
μc 2
κ=
,
RT
gdzie
R = 8,31 J·mol-1K-1 - uniwersalna stała gazowa,
µ = 28,87 g·mol-1 - masa molowa powietrza,
T - temperatura powietrza, wyrażona w K.
9. Korzystając z prawa przenoszenia niepewności obliczyć niepewność otrzymanego
współczynnika adiabaty i zapisać w odpowiednim formacie.
10. Porównać wynik κ z wartością tablicową.
Metoda 2.
11. Sporządzić wykres Δxśr = f(f), nanosząc słupki niepewności punktów pomiarowych.
12. Metodą regresji liniowej dopasować prostą do punktów pomiarowych.
13. Obliczyć prędkość dźwięku na podstawie zależności z punktu 3.
14. Obliczyć niepewność standardową i rozszerzoną prędkości dźwięku i ponownie porównać
wynik z wartością teoretyczną.
15. Porównać ze sobą wyniki otrzymanych prędkości dźwięku.