Heli kiirus (0)

TALLINNA TEHNIKAKÕRGKOOL
TALLINN COLLEGE OF ENGINEERING
Laboratoorne töö
Heli kiirus
Õppeaines: Füüsika
Transporditeaduskond
Õpperühm: AT-11B
Üliõpilased:
Kontrollis:
Tallinn 2009
HELI KIIRUS
1.Tööülesanne.
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus.
2.Töövahendid.
Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop .
3. Töö teoreetilised alused.
Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub:
(1)
ν ƒ
kus v on lainete levimise kiirus, l - 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 (ohu jaoks μ =29·10 –3 kg/mol).
Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib c 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.Lülitage sisse ostsilloskoop.
2.Lülitage sisse heligeneraator ja reguleerige ta juhendaja poolt antud sagedusele f .
3.Leidke minimaalne kaugus l mikrofoni ja VH vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil muutuks sirgloiguks.
4.Leidke kuni kuus järgmist mikrofoni ja VH vahelist kaugust l , kus ellips samuti muutub sirgloiguks.
5.Korrake samu mootmisi veel juhendaja poolt määratud teise sageduse ( f ) korral.
Katse nr.
1
5030
19,5
23,3
3,8
0,07
2
5030
23,3
26,8
3,5
3
5030
26,8
30
3,3
4
5030
30
33,6
3,5
5
5030
33,6
37,2
3,6
6
5030
37,2
40,6
3,4
Keskmine:
3,5
0,07
t=25,7°C = 298,7°K
6. Leidke valemiga (1) heli kiirus v ( m/s ).
V=λ*f V=0,07*5030=352m/s
7. Leidke valemiga (4) heli kiirus 0°C juures (v).
V0=352/(1+0,002*25,7)=335m/s
8. Leidke valemiga (3) õhu moolsoojuste suhe
.
= 0,029*3522/8,31*298,7=1,45
9. Võrrelge v ja saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele.
Käsiraamatus antud väärtused:
Järeldus:
Kuna arvutatud
ja V0 on suuremad, kui käsiraamatus, siis järelikult leitud V temperatuuril 25,7 Co on natukene suurem, kui tegelik kiirus.