Heli kiirus (0)

 
 
 
 
 
 
 
Nimi: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. TÖÖÜLESANNE 
Hääle lainepikkuse määramine õhus. 
 
2. TÖÖVAHENDID 
Heligeneraator , valjuhääldi , mikrofon, otsilloskoop . 
 
3. TÖÖ TEOREETILISED ALUSED 
Lainete  levimisel  keskkonnas  kehtib  seos  ν   =  λ ·  f  ​(1)​,  kus  v  on  lainete  levimise  kiirus (m/s),  λ  on 
lainepikkus (m) ja f  on sagedus (Hz).  
Teooria annab  heli  kiiruse  jaoks  gaasilises keskkonnas  valemi  kus  ν  =
χRT ,   χ  =  Cp , kus  χ  on gaasi
√
 
μ
Cv
isobaarilise  ja  isokoorilise  moolsoojuste  suhe, R  on  universaalne   gaasikonstant   (R  =  8,31 ​J​/​mol·K​), T on 
absoluutne  temperatuur (K)  jaμ on  moolmass  (ōhu jaoks  μ  =29·10 ​–3 kg​/​mol​). Seega kui heli kiirus antud 
2  
gaasis on määratud, vōib arvutada valemi järgi.  χ = μv    
 
RT ​(2).
Leidnud  heli  kiiruse  v  temperatuuril  T,  saab  valemi  ν   =
χRT abil
 
  arvutada  heli  kiiruse  mingil  teisel
√
 
μ
temperatuuril, näiteks 0° C juures.  
Kiiruste   ruutude   suhe  on  ν 0 =
T 0 =
  ning  kasutades  lähendusmeetodit 
ν
√ T √ 273
273+t
√ 1
1+0,004t k
+ 0 0
, 02t  võib kirjutada
 
 
k ≈ 1 + 0 0
k
 
v 0 =
v
  
1+0,002t  ​(3)​.
√1 , 04t   
k
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks. 
Heligeneraatori (Function
 
generator )
 
 väljundklemmidelt saadav helisageduslik
 
 siinussignaal muundatakse 
valjuhääldi abil helivõnkumisteks. 
Kaugusel  l  valjuhääldist  asub  kolvi  mikrofon,  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 
vertikaalsihis. X-teljele rakendatud pinge – horisontaalsihis. 
Seega  liigub  kiir   ekraanil   mööda  trajektoori,  mis  vastab  sama  sagedusega  ristsihiliste  võnkumiste 
liitumisele. 
 
 
2 
 
4. TÖÖ KÄIK, VALEMITE AVALDAMINE, ARVUTUSED 
Juhendaja poolt lülitatakse sisse kõik seadmed . 
​
Juhendaja poolt seatakse heligeneraator sagedusele ​f = 2398 Hz. 
​
Leiame  esimene  kauguse  ​l0 valjuhääldi ja  kolvi  otsa vahel nii, et  ellips  ostsilloskoobi ekraanil muutuks 
sirglōiguks. Märgime tulemuse tabelisse nr 1 
Leiame  järgmise  kauguse,  kus ilmneb  ellipsi  asemel uus   sirglõik .  Antud   koordinaat   on samaaegselt nii 
​ ​
​ ​
esimese mõõtmise lõppkoordinaat ​ln, kui ka teise mõõtmise alg-koordinaat ​l0.  
Eelviidatud meetodil leiame kokku kuus järgmist kolvi otsa koordinaati, märgime tulemused üles. 
Leiame kõigi katsete alg- ja lõppkoordinaatide vahe ( Δ l) ning märgime tulemuse tabelisse nr 1. 
Δl  = l
= 4,4 - 1,4 = 3,0 cm; Δ =
= 8,7 -4,4 = 4,3 cm; Δ =
= 11,5 - 8,7 =
1    n 1   l0 1    
   
   
 
  l 2    ln 2   l0 2  
 
   
 
  l 3    ln 3  l0 3  
   
   
2,8 cm;  Δl  =
= 16,0 - 11,5 = 4,5 cm; Δ =
= 19,0 - 16,0 = 3,0 cm; Δ =
4    
l n 4   l0 4  
   
   
 
  l 5    ln 5  l0 5  
   
   
 
  l 6    ln 6  l0 6  
23,4 - 19,0 = 4,4 cm. 
Leiame kõigi kolme kolvi otsa keskmise (Δl )​ koordinaadi.  Δl ​ = 3,0 + 4,3 + 2,8 + 4,5 + 3,0 + 4,4  = 3,67 cm 
6
Leiame laine pikkuse (sageduse 2398 Hz juures) valemist:  λ  = 2 Δl  ​· 0,01 = 2 · 3,67 · 0,01 = 0,0734 m 
Mõõdame ruumi temperatuuri laual oleva termomeetri abil.  T =23,1 ° = 296,25K
k
C
 
Leiame valemiga (1) heli kiiruse  ν (m/s):  ν = 0,0734 · 2398 = 176,01 m/s 
Leiame valemiga (3) heli kiiruse 0 °C juures   
v :   =
V
= 176,01(m/s)
= 168,24 m/s
0
v0
 
1+0,002t k
1+0,002 · 23,1(°C)
Leiame valemiga (2) õhu moolsoojuste suhe  χ :  χ
  = μv²  χ = 29 1
* 0⁻³ · 176,01² = 0,365 
RT
8,31 · 296,25
Leiame tegelikud   v ja   väärtused käsiraamatust:  v
; 
0 
30 m/s
0 = 3
χ = ,
1 0
4  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
4. MÕÕTETULEMUSED   
​ ​
​ ​
Katse nr.  
f, Hz 
l0, cm 
ln, cm 
Δ l, cm 
λ , m 
1. 
2398 
1,4 
4,4 
3,0 
 
2. 
2398 
4,4 
8,7 
4,3 
 
3. 
2398 
8,7 
11,5 
2,8 
0,0734 
4. 
2398 
11,5 
16,0 
4,5 
 
5. 
2398 
16,0 
19,0 
3,0 
 
6. 
2398 
19,0 
23,4 
4,4 
 
 
 
 
 
Δl = ,
3 7
6  
 
Tabel 1 
 
5. JÄRELDUSED 
Tegelik moolsoojuste suhe on 1,40 ja tegelik heli
 
kiirus
 
  0°  juures on 330 m/s. Meie saadud tulemused
 
 on 
0,365  ja  168,24m/s,  see  tähendab  et  meie  katse  laboratooriumis  ebaõnnestus,  kuna  õppejõu  poolt 
määratud  heligeneraatori  sagedusel  tekkis  ekslikult  ostsilloskoobi   ekraanile   ühe  võnke  jooksul  kaks 
kindlat  sirgjoont:  vertikaalne  ja   diagonaalne . Katse  oleks  välja  tulnud  siis,  kui oleksime  ostsilloskoobi 
ekraanilt  lugenud välja vaid  sinna  moodustunud  vertikaalsete  sirgjoonte  andmeid.  See  viga mõjutas  ka 
mõõtetulemuste  tabelit,  kus  kuue  kolvi  otsa  koordinaati  esinesid   vaheldumisi   kindlate  arvuliste 
väärtustena.  Kui  katse  käigus  oleksime  lugenud  ostsilloskoobilt  vaid  vertikaalselt  tekkinud  sirgjoonte 
andmeid ehk sellisel juhult
 
liidaksime
 
katsete
 
 1. ja 2,,
 
3.
  ja
   4., 5. ja 6.
    koordinaatid, saaksime
 
 kolme kolvi 
otsa  keskmiseks  koordinaadiks  7,33  cm.  Sellist  arvu  kasutades,  saame   samade   valemite  kaudu 
moolsoojuste  suhteks  χ   =  29 1
* 0⁻³ ·  (
[ 7,33 · 2 · 0,01) · 2398]2   =  1,46  ning heli kiiruseks   
v = (7,33 · 2 · 0,01) · 2398  = 
8,31 · 296,25
0  
1+0,002 · 23,1
336 m/s. See tähendaks, et  viimased  saadud
 
tulemused
 
on
 
vaid
 
 veidike suuremad kui
 
tegelikult
 
 arvud ehk
 
 
tegelike ja meie saadud tulemuste
 
moolsoojuste
 
 suhe erinevusprotsent
 
 oleks  0
1 0% − (1,46 · 0
1 0%) = ,
4 %
3  
1,4
ja heli kiiruse suhe oleks  0
1 0% − (336 · 0
1 0%) = ,
1 %
8  
330
 
 
 
4