Heli kiirus (1)

TALLINNA TEHNIKAKÕRGKOOL
TALLINN COLLEGE OF ENGINEERING
Laboratoorse töö aruanne:
HELI KIIRUS
Õppeaines: Füüsika I

Transpordi teaduskond
Õpperühm: AT-12
Üliõpilased: Taavi Rokka
Daniil Štšerbakov
Juhendaja : Peeter Otsnik
Tallinn 2009
1. Tööülesanne.
Heli lainepikkuse määramine õhus.
2. Töövahendid.
Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop .
3. Töö teoreetilised alused.
Lainete levimisel keskonnas levimis kiirus 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 moolsoojuste suhe,
R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ),
T - absoluutne temperatuur( °K) ,
μ - moolmass (Õhu jaoks μ =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 T abil helivõnkumisteks. Kaugusel l T-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.Lülitage sisse ostsilloskoop.
2.Lülitage sisse heligeneraator ja reguleerige ta juhendaja poolt antud sagedusele f .
3.Leidke minimaalne kaugus l0 mikrofoni ja T vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil muutuks sirgloiguks.
4.Leidke kuni kuus järgmist mikrofoni ja T vahelist kaugust ln , kus ellips samuti muutub sirglõiguks.
Katse nr.
1
4998
27,2
30,4
3,2
0,0694
2
4998
30,4
34,1
3,7
(2 ∙ 0,0347)
3
4998
34,1
37,5
3,4
4
4998
37,5
41,1
3,6
5
4998
41,1
44,6
3,5
6
4998
44,6
48,0
3,4
Keskmine:
Δ̅ln 3,47
Mõõtmiste ajal oli temperatuur 24,5°C
5.Leidke valemiga (1) heli kiirus v (m/s).
6. Leidke valemiga (4) heli kiirus 0°C juures (v˳)
= (Tegelik näitaja v=330 m/s)
7. Leidke valemiga (3) õhu moolsoojuste suhe
= 1,41 (Tegelik näitaja =1,40)
8. Võrrelge v0 ja saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele.
6. Järeldus. Hinnang töö tulemusele.
Kuna meie leitud
ja
on ligilähedased käsiraamatus antule, võib meie leitud helikiirust 331m/s tõeseks pidada.