1
UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KSTOWICSCH
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E NR 13
Ć W I C Z E N I E NR 13
Ć W I C Z E N I E NR 13
Ć W I C Z E N I E NR 13
WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU
METODĄ RURY KUNDTA - QUINCKEGO
CEL ĆWICZENIA
Poznanie właściwości fal stojących
WYMAGANIA DO KOLOKWIUM
1.
Podział fal mechanicznych: infradźwięki, dźwięki, ultradźwięki.
2.
Fale podłużne i poprzeczne.
3.
Cechy dźwięku.
4.
Zależności między częstotliwością, okresem, długością i prędkością fali.
5.
Fala stojąca i warunki dla jej powstania w strunach, pręcie jednostronnie zamocowanym, rurze
jedno i dwustronnie otwartej, oraz dwustronnie zamkniętej.
6.
Znajomość zasady działania oscyloskopu.
POMOCE POTRZEBNE DO WYKONANIA ĆWICZENIA
• Rura Kundta – Quincke’go
• Mikrofon, głośnik
• Oscyloskop
WZORY SCHEMATY
W ruchu falowym:
f
T
1
=
(1a) i
f
V
=
λ
(1)
gdzie T jest okresem drgań, f częstotliwością,
λ
długością a V prędkością rozchodzenia się fali.
2
Warunek rezonansu:
4
)
1
2
(
λ
+
= n
l
, n = 0, 1, 2,...
(2)
Prędkość fali dźwiękowej w powietrzu o temperaturze T:
T
V
V
T
∆
⋅
+
=
004
,
0
1
0
(3)
gdzie
( ) ( )
0
T
V
T
V
T
∆T
−
=
.
Rys.13.1. Schemat rury Kundta – Quinckego
wyłącznik mikrofonu
3
PRZEBIEG ĆWICZENIA
1. Włączyć oscyloskop, generator oraz zasilanie mikrofonu.
2. Nastawić generator na wybraną częstotliwość.
3. Przesuwając tłok w rurze ustalać kolejne położenie dla minimalnych wartości sygnału mikrofonu
obserwowanego na oscyloskopie ( są to położenia kolejnych węzłów fali stojącej).
4. Powtórzyć proces pomiarowy z pkt. (2) i (3) dla 6 –10 częstotliwości pomiarowych podanych
przez prowadzącego.
5. Dla ustalonej częstotliwości sygnału ( od 300 do 1000 Hz ) ustalić położenia dwóch kolejnych
węzłów fali stojącej. Zmieniając położenia tłoka pomiędzy węzłami zapisywać wartości sygnału
mikrofonu wg wskazań siatki ekranu oscyloskopu.
6. Pomierzyć temperaturę otoczenia.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Dla danej częstotliwości określić średnie odległości między węzłami oraz między strzałkami – na
tej podstawie wyznaczyć średnią wartość
2
λ
. Obliczenia powtórzyć dla wszystkich badanych
częstotliwości.
2. W oparciu o relacje (1) określić prędkość rozchodzenia się dźwięku. Sprawdzić czy zależy ona od
częstotliwości f.
3. Sporządzić wykresy wartości sygnału z mikrofonu od położenia tłoka w rurze wg danych
uzyskanych z pomiarów w punkcie [5].
4. W oparciu o wartość prędkości dźwięku dla T = 0
o
C, V
0
= 331 m/s i relację (3) określić V
T
w
badanej temperaturze. Porównać z otrzymanymi wynikami.
LITERATURA
1. T. Dryński,
Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki
(PWN, Warszawa).
2. H. Szydłowski,
Pracownia Fizyczna
(PWN, Warszawa).
3. S. Szczeniowski,
Fizyka Doświadczalna
,
t. II Ciepło
(PWN, Warszawa).
4. Dowolny podręcznik z
Fizyki Ogólnej
zawierający tematykę ćwiczenia.