Heli kiirus (0)

Anton Adoson
Roman Ibadov
Rauno Alp
Gert Elmik
HELI KIIRUS
LABORITÖÖ NR. 3
Õppeaines: FÜÜSIKA
Transporditeaduskond
Õpperühm: AT 11/21
Juhendaja : dotsent: Peeter Otsnik
Esitamise kuupäev: 28.10.2015
/ Allkirjad /
Tallinn 2015
1. Tööülesanne.
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus.
2. Töövahendid.
Heligeneraator , valjuhääldi , mikrofon, ostsilloskoop.
3. Töö teoreetilised alused.
Lainete levimise kiirus keskkonnas võrdub:
(1)
kus v on lainete levimise kiirus,
- lainepikkus , f - sagedus.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi
(2)
kus
on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe, R - universaalne gaasikonstant
(R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur ( °K),
- moolmass (õhu jaoks
= 29 ∙ 10 -3 kg/mol).
Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib
arvutada valemi järgi
(3)
Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures.
Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada
(4)
kus t on gaasi temperatuur °C.
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.
Siit tuleb ka meie poolt kasutatav meetod lainepikkuse määramiseks. Selleks leitakse mikrofoni
ja valjuhääldi selline vastastikune asend, kus ellips muutub sirgjooneks.Jälgides ostsilloskoobi
ekraani nihutatakse mikrofoni valjuhääldi suhtes seni , kuni saadakse ekraanil uus sirgjoone
kujutis.Teostatud nihke suurus võrdub poole lainepikkusega.
4.Töö käik.
1. Juhendaja poolt lülitatakse sisse kõik seadmed .
2. Juhendaja poolt seatakse heligeneraator vastavale sagedusele f .
3. Leidke esimene kaugus l0 valjuhääldi ja kolvi otsa vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil muutuks vertikaalseks sirglōiguks.
4. Leidke kuni kuus järgmist järgmist kolvi otsa koordinaati kus ellips on muutunud vertikaalseks sirglōiguks.
5. Vajadusel korrake samu mōōtmisi veel juhendaja poolt antud teise sageduse ( f ) korral.
6. Mõõtke ruumi temperatuur peale katsetsükli läbiviimist laual oleva termomeetri abil. Tulemused kandke tabelisse, mile näidis on toodud.
Katse nr.
f , Hz
l0 , cm
ln , cm
Δln , cm
, m
1.
4947
9,1
12,6
3,5
0,07
2.
12,6
16,1
3.
16,1
19,6
4.
19,6
23,1
5.
23,1
26,6
6.
26,6
30,1
Δln = 3,5
Õhutemperatuur T oli mõõtmiste ajal 24,1 °C, mis on 297.25 K
5. Leidsime valemiga (1) heli kiiruse v (m/s).
= 0,07*4947 = 346,29 (m/s)
6. Leidsime valemiga (4) heli kiiruse 0 °C juures (v0).
= = 330 (m/s)
7. Leidsime valemiga (3) õhu moolsoojuse suhte .
= 1,41
8. Käsiraamatust saame ja v0 tegelikeks väärtusteks tegelik = 1,41 ja v0tegelik = 330 m/s.
Järeldus
Kuna arvutatud v0 ja on väga lähedased käsiraamatus antud väärtustele , võib järeldada, et mõõtmised olid täpsed ja töö tulemusena leiti heli tegelik levimiskiirus antud tingimustes.