background image

OPRACOWANIE WYNIKÓW  

I.  ZALEŻNOŚD CZĘSTOTLIWOŚCI DRGAO STRUNY OD LICZBY FALOWEJ, DYSPERSJA 

Dla każdego numeru harmonicznej drgao struny policzono odpowiednią liczbę falową fali w 

strunie. Skorzystano ze wzoru:  

 

 

 

  

 

   

Gdzie:  N  –  numer  harmonicznej,  L  –  długośd  struny  (0,85m)  ,  a  za  π  podstawiono 

wartośd: 3,141592653589793. 

 

Policzono również prędkośd fali dla każdej harmonicznej. Skorzystano ze wzoru:  

 

 

   

     

 

 

 

Gdzie: N – numer harmonicznej, L – długośd struny (0,85m),   

   

– zmierzona częstotliwośd 

dla da każdej harmonicznej. 

 

Wyniki dla poszczególnych obliczeo zostały przedstawione w tabeli nr 1.  

Wartości zostały zaokrąglone do dwóch miejsc po przecinku. 

Tabela nr 1. Częstotliwośd zmierzona, liczba falowa i prędkośd fali dla poszczególnych 
harmonicznych 

 

 

Hz 

k

N

 , 

 

 

 

V

N

 , 

 

 

 

67 

3,70 

113,90 

135 

7,34 

114,75 

203 

11,09 

115,04 

271 

14,78 

115,18 

339 

18,48 

115,26 

407 

22,18 

115,32 

475 

25,87 

115,36 

542 

29,57 

115,18 

609 

33,26 

115,04 

10 

684 

36,96 

116,28 

11 

750 

40,66 

115,91 

12 

819 

44,35 

116,06 

13 

890 

48,05 

116,38 

14 

958 

51,74 

116,33 

15 

1027 

55,44 

116,39 

16 

1099 

59,14 

116,77 

17 

1162 

62,83 

116,20 

18 

1239 

66,53 

117,02 

19 

1314 

70,22 

117,57 

20 

1383 

73,92 

117,56 

N – numer harmonicznej 

background image

Sporządzono wykresy: 

Wykres  nr  1:  Zależnośd  rejestrowanych  częstotliwości  harmonicznych   

  

od  liczby  falowej   

 

  (wartości  rzeczywiste)

Zaznaczono  również  przebieg  funkcji 

 

 

 

   

 

     

 

 , która zakłada liniową zależnośd między częstotliwością  

 

 

 wyższych harmonicznych a częstotliwością podstawową  

 

 (wartości teoretyczne). 

 

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

k

N

, 1/m 

f

N

, Hz

f

, Hz

f'

, Hz

background image

Wykres nr 2: Zależnośd prędkości fali od jej częstotliwości. 

 

113,5

114,0

114,5

115,0

115,5

116,0

116,5

117,0

117,5

118,0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

f

N

, Hz 

V

N

, m/s

V

N  

,  m/s

background image

 

 

II.  WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU W STRUNIE 

Dla każdej długości struny począwszy od 85 cm, skracając ją o 2 cm aż do 59 cm obliczono 

odwrotnośd  długości  struny.  Dane  przedstawiono  w  tabeli  nr  2  i  zaokrąglono  je  do  dwóch 

miejsc po przecinku. 

Tabela nr 2. Odwrotnośd długości struny 

L , m 

L

-1

, m

-1 

0,85 

1,18 

0,83 

1,20 

0,81 

1,23 

0,79 

1,27 

0,77 

1,30 

0,75 

1,33 

0,73 

1,37 

0,71 

1,41 

0,69 

1,45 

0,67 

1,49 

0,65 

1,54 

0,63 

1,59 

0,61 

1,64 

0,59 

1,69 

 

 

Na  podstawie  danych  z  tabeli  nr  2  i  karty  pomiarowej  sporządzono  wykres  nr  3,  który 

obrazuje  zależnośd  częstotliwości  pierwszej  harmonicznej  drgao  struny  od  odwrotności 

długości struny. 

 

 

Za pomocą MS Excel i gotowej funkcji REGLINP wyznaczono współczynniki a i b wraz z ich 

niepewnościami prostej regresji y = ax + b: 

a = 56, 27299533, 

 

b = - 0,016623523, 

u(a) = 0,694694425,   

u(b) = 0, 983523622 , 

 

zatem:  y = 56,273x – 0,017 

 

Wzór prostej umieszczono na wykresie nr 3.  

 

background image

Wykres nr 3. Zależnośd częstotliwości pierwszej harmonicznej drgao struny od odwrotności długości struny. 

 

y = 56,273x - 0,017

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1/L , 1/m 

f

1

, Hz

f

, Hz

background image

Ostatnim zadaniem było policzenie prędkości fali w strunie, wraz z niepewnością.  

Obliczając prędkośd korzystamy ze wzoru:  

     

     

 

 

 , 

gdzie: N zawsze będzie równe 1, gdyż liczymy za każdym razem prędkośd dla częstotliwości 

podstawowej (pierwszej harmonicznej) struny o danej długości.  

 

Obliczając niepewnośd, korzystamy z prawa propagacji. Wykorzystujemy wzór: 

                   

 

 

  

       

  

      

 

 , 

gdzie:                ,    

 

           

 

Wyniki dla poszczególnych obliczeo zostały przedstawione w tabeli nr 3. 

 

Tabela nr 3. Prędkośd fali w strunie wraz z niepewnością dla poszczególnych częstotliwości 
podstawowych (dla różnych długości struny). 

     

 

   

   

        

           

0,85 

67 

113,90 

3,40 

0,83 

68 

112,88 

3,32 

0,81 

69 

111,78 

3,24 

0,79 

71 

112,18 

3,16 

0,77 

73 

112,42 

3,08 

0,75 

75 

112,50 

3,00 

0,73 

77 

112,42 

2,92 

0,71 

79 

112,18 

2,84 

0,69 

81 

111,78 

2,76 

0,67 

84 

112,56 

2,69 

0,65 

87 

113,10 

2,61 

0,63 

89 

112,14 

2,53 

0,61 

92 

112,24 

2,45 

0,59 

96 

113,28 

2,37 

 

WNIOSKI  

Na  wykresie  nr  1  widad,  że  istnieje  rozbieżnośd  pomiędzy  wartościami  rzeczywistymi 
zmierzonymi  podczas  doświadczenia  a  wartościami  teoretycznymi  częstotliwości 
harmonicznej.  Odchylenie  otrzymanej  doświadczalnie  zależności  f

=  f(k

N

)  od  prostej, 

dowodzi istnienia zjawiska zwanego dyspersją fal poprzecznych w strunie. 
Z wykresu 2 wnioskujemy, że prędkośd fali w strunie rośnie wraz z jej częstotliwością. 
W dodatku im bardziej skrócimy strunę tym częstotliwośd podstawowa jest większa. 
Wszystkie odstępstwa od teoretycznych obliczeo mogą wynikad z tego, że elektromagnes nie 
został  dokładnie  ustawiony  w  strzałce  fali,  z  niedokładności  pomiaru  długości  struny  czy 
trudności  w  zaobserwowaniu  maksymalnych  drgao  na  oscyloskopie  dla  coraz  wyższych 
harmonicznych.