Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ōhus (0)

HELI KIIRUS
1. Töö ülesanne.
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ōhus.
2. Töö vahendid.
Heligeneraator , valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop.
3. Töö teoreetilised alused.
Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub:
kus: v on lainete levimise kiirus,
- lainepikkus,
f - sagedus.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi
kus
on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant
( R = 8,31 J/mol·K ), T - absoluutne temperatuur (K) , µ- moolmass (ōhu jaoks µ =29·10 –3 kg/mol).
Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vōib 𝜒 arvutada valemi järgi
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
kus t on gaasi temperatuur °C.
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
Heligeneraatori (Function generator ) väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse valjuhääldi abil helivõnkumisteks.
Kaugusel l valjuhääldist asub kolvi ots, millest peegeldub tagasi helisageduslik siinussignaal ja selle võtab vastu toru otsas asetsev mikrofon.Mikrofon 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 muutuvad pinged , 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 näeme ostsilloskoobi ekraanil vertikaalset sirgjoont.
Siit tuleb ka meie poolt kasutatav meetod lainepikkuse määramiseks. Selleks nihutatakse kolvi ja fikseeritakse kolvi otsa asukoha kordinaat toru mõõdustiku abil, kus näeme ostsilloskoobi ekraanil vertikaalset joont.
Jälgides ostsilloskoobi ekraani ja nihutades kolbi märgime allpool toodud tabelisse üksteisele järgnevad kolvi otsa kordinaadid,kui ekraanile ilmub vertikaal joon.
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.
Katse tulemuste tabel 1:
Katse nr
f [Hz]
l0 [cm]
ln [cm]
∆ln [cm]
λ [m]
1
4476
2,4
6,4
4
0,08
2
4476
6,4
10
3,6
0,072
3
4476
10
14
4
0,08
4
4476
14
18
4
0,08
5
4476
18
21,8
3,8
0,076
6
4476
21,8
25,8
4
0,08
𝜆 0,078
7. Leidke valemiga (1) heli kiirus v ( m/s ).
v=349,128 m/s
8. Leidke valemiga (4) heli kiirus 0°C juures ( v0 ).
v0=332,566 m/s
9. Leidke valemiga (3) õhu moolsoojuste suhe 𝜒.
𝜒=1,427
Katse tulemuste tabel 2:
Katse nr
f [Hz]
l0 [cm]
ln [cm]
∆ln [cm]
λ [m]
1
2989
3,3
9,2
5,9
0,118
2
2989
9,2
15
5,8
0,116
3
2989
15
20,8
5,8
0,116
4
2989
20,8
26,6
5,8
0,116
5
2989
26,6
32,5
5,9
0,118
6
2989
32,5
38,2
5,7
0,114
𝜆 0,116
7. Leidke valemiga (1) heli kiirus v ( m/s ).
v=347,72m/s
8. Leidke valemiga (4) heli kiirus 0°C juures ( v0 ).
v0=331,351 m/s
9. Leidke valemiga (3) õhu moolsoojuste suhe 𝜒.
𝜒=1,416
5. Järeldused
Võrrelge v0 ja 𝜒 saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud
heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele.