Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ōhus. (0)

HELI KIIRUS
1.Tööülesanne.
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ōhus.
2.Töövahendid.
Heligeneraator, valjuhääldi , mikrofon, ostsilloskoop .
3.Töö teoreetilised alused.
Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub:
(1)
kus v on lainete levimise kiirus, λ - 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 (ōhu jaoks =29·10-3 kg/mol)
Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vōib x 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 valju- hääldi VH abil helivõnkumisteks.
Kaugusel l VH-st asub mikrofon M , mis muudab heli võnkumised uuesti elektrilisteks võnku- misteks. 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 sirg- joont mingi kaldega.
Siit tuleb ka meie poolt kasutatav meetod lainepikkuse määramiseks. Selleks leitakse mikrofoni ja valjuhääldi selline vastastikune send , 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.
Mõõtmiseks lülitasime sisse ostsilloskoobi, heligeneraatori ning reguleerisime viimase juhendaja poolt antud sagedusele f. Leidsime minimaalse kauguse lo mikrofoni ja VH vahel nii, et ellips muutus ostskilloskoobi ekraanil sirglõiguks. Leidsime kuus järgmist mikrofoni ja VH vahelist kaugust ln, kus ellips muutus samuti sirglõiguks. Tegime sama ka teise sageduse korral.
Katse tulemused
Katse nr.
f , Hz
l0 , cm
ln , cm
ln , cm
λ, m
1.
4000
76,7
76,7
76,7
76,7
76,7
76,7
72,5
68,1
63,8
59,5
55,1
50,8
4,2
4,4
4,3
4,3
4,4
4,3
0,084
0,088
0,086
0,086
0,088
0,086
Katse nr.
F , Hz
l0 , cm
ln , cm
ln , cm
λ, m
2.
3000
73,3
73,3
73,3
73,3
73,3
73,3
67,5
61,8
56,1
50,2
44,4
38,6
5,8
5,7
5,7
5,9
5,8
5,8
0,116
0,114
0,114
0,118
0,116
0,116
Arvutused
Leidke valemiga (1) heli kiirus v ( m/s ).
Esimene katse:
Teine katse:
Leidke valemiga (4) heli kiirus 0°C juures ( v0 ).
Esimene katse:
t = 23,7˚C
Teine katse:
Leidke valemiga (3) õhu moolsoojuste suhe.
Esimene katse:
T = 25 +273,15 = 298,15˚K
Teine katse:
Võrrelge v0 ja saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele.
Tegelik χ = 1,40m/s
Tegelik vo= 330m/s
Meie saadud tulemused on suhteliselt lähedal tegelikule moolsoojuste suhtele (esimeses katses 1,4 ja teises ka 1,4) ning samuti on meie saadud heli kiirus(esimeses katses 329 m/s ning teises 331 m/s) temperatuuril 0˚C sarnane tegeliku kiirusega. Seega võime väita, et katse õnnestus ning saadud tulemused on reaalsed .