Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. (0)

HELI KIIRUS
1. Tööülesanne
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus.
2. Töövahendid
Heligeneraator, valjuhääldi , mikrofon, ostsilloskoop .
3. Töö teoreetilised alused
Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub:
v = λ • f
kus v on lainete levimise kiirus, λ on lainepikkus ja f on sagedus.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi:
v = √((χRT)/μ)
kus χ= Cp/Cv 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 χ arvutada valemi järgi:
χ = (μv²)/(RT)
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:
v0 = v/(1+0,002t)
kus t on gaasi temperatuur °C.
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks .
Heligeneraatori G väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse valjuhääldi VH abil elivõnkumiseks.
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 vertikaalsihis. 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 vastastikuline 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.
5. Töökäik
1. Lülitasime sisse ostsilloskoobi.
2. Lülitasime sisse heligeneraatori ja reguleerisime ta juhendaja poolt antud sagedusele f.
3. Leidsime minimaalse kauguse mikrofoni ja VH vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil muutus sirglõiguks.
4. Leidsime kuus järgmist mikrofoni ja VH vahelist kaugust ln, kus ellips muutub sirglõiguks.
Tulemused kandsime tabelisse:
)
Katse nr.
F, Hz
, cm
, cm
, cm
, m
1.
2.
3.
4.
5.
6.
4,933 Hz
4,933 Hz
4,933 Hz
4,933 Hz
4,933 Hz
4,933 Hz
69,3 cm
63,3 cm
55,2 cm
48,2 cm
41,0 cm
34,0 cm
65,8 cm
59,8 cm
51,7 cm
44,6 cm
37,5 cm
30,5 cm
3,5 cm
3,5 cm
3,5 cm
3,6 cm
3,5 cm
3,5 cm
7* m
7* m
7* m
7* m
7* m
7* m
5. Leidsime heli kiiruse
6. Leidsime heli kiiruse
juures
7. Leidsime õhu moolsoojuste suhte
8. Järeldus
Võrdlesime saadud
ja χ väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja hindasime leitud heli kiiruse v täpsust:
χ tegelik = 1,40
Vo tegelik = 330 m/s
Meie katse tulemused:
X = 1,39
Vo = 328 m/s
Kuna χ ja Vo on väiksemad tegelikest väärtustest, siis v = 345 m/s on väiksem kui tegelik kiirus õhus temperatuuril