Füüsika labor - Heli kiirus (0)

Heli Kiirus
1. Tööülesanne
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ohus.
2. Töövahendid
Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofin, ostsilloskoop.
3. Töö teoreetilised alused
Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub:
ν = λ
ƒ
kus v on lainete levimise kiirus, λ – lainepikkus, ƒ – sagedus.
Seega kui heli kiirus gaasis on määratud, saab χ arvutada valemi järgi:
χ =
R – universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol )
T – absoluutne temperatuur ( °K)
μ – moolmass (ohu jaoks μ =29·10 –3 kg/mol)
Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 00C juures.
Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit või kirjutada
V0 =
Kus t on gaasi temperatuur 0C.
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
Heligeneraatori G väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse valjuhääldi VH abil helivõnkumisteks. Kaugusel l VH-st asub mikrofon M , mis muudab heli võnkumised uuesti elektrilisteks võnkumisteks.
Need elektrilised võnkumised antakse edasi ostsilloskoobi Y sisendile . Ostsilloskoobi
x sisend on ühendatud heligeneraatori väljundiga. Y- teljele antav pinge sunnib elektronkiirt
võnkuma vertikaal sihis. X- teljele rakendatud pinge – horisontaalsihis.
Seega liigub kiir ekraanil mööda trajektoori, mis vastab sama sagedusega ristsihiliste võnkumiste liitumisele.
Kuna kiirt juhivad korraga mõlemale teljele rakendatud siinuseliselt muutuv pinge, siis saadakse vastavalt võnkumiste teooriale kiire trajektoori võrrandiks ellipsi võrrand.
Kui aga kahe risti oleva siinuse kujulise signaali liitmine toimub punktis, kus siinus läbib nulli, siis saame kiire trajektoori võrrandiks sirgjoone võrrandi ja näeme ostsilloskoobi ekraanil sirgjoont mingi kaldega.
Lähtudes sellest, saame meetodi lainepikkuse määramiseks. Selle määramiseks, leitakse mikrofoni ja valjuhääldi vastastikune asend, kus ostsilloskoobi ekraanil nähtav ellips muutub sirgjooneks. Jälgides ellipsit ekraanil liigutame mikrofoni valjuhääldi suhtes seni, kuni ekraanile ilmub jälle sirgjoon . Teostatud nihke suurus võrdub poole lainepikkusega.
Katse Nr.
f , Hz
l0 , cm
ln , cm
Δln , cm
λ , m
1.
17,2
20,7
3,5
2.
20,7
24,5
3,8
3.
24,5
28
3,5
4.
4867 Hz
28
31,5
3,5
0,072
5.
31,5
35,1
3,6
6.
35,1
38,7
3,6
Keskmine:
3,6
t = 22,8 0C
T= 22,8+273= 295,8 K
Heli kiirus:
ν = λ
ƒ v= 7,24867= 350m/s
Kontrollarvutused:
χ =
= 1,45m/s
V0 =
= = 350m/s
Tegelik χ = 1,40m/s
Tegelik v0 = 330m/s
Töö Järeldus:
Kuna arvutustulemused olid käsiraamatus antutest suuremad, siis kiirus 350m/s temperatuuril 22,8 0C on suurem tegelikust kiirusest sellel temperatuuril.