Helikiirus (0)

LABORATOORNE TÖÖ
Helikiirus
Õppeaines: Füüsika
Mehaanikateaduskond
Õpperühm: MI-11b
Üliõpilased:Willybert Viimsalu
Kristian Käbi
Gert Skatškov
Juhendaja : K. Klaas
Tallinn 2013
Tööülesanne
Heli lainepikkuse määramine õhus.
Töövahendid
Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop .
Töö teoreetilised alused
Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub:
kus v on lainete levimise kiirus, .λ -lainepikkus, f -sagedus.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi
kus = Cp/Cv 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 . 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 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.
Töö käik
1.Lülitati sisse ostsilloskoop.
2.Lülitati sisse heligeneraator ja reguleeriti ta juhendaja poolt antud sagedusele f .
3. Leidsime minimaalne kauguse mikrofoni ja T vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil
muutuks sirgloiguks.
4.Leidsime kuus järgmist mikrofoni ja T vahelist kaugust ln , kus ellips samuti muutub sirgloiguks.
5.Kandsime tulemused tabelisse.
Tabel 1
katse nr
f, Hz
l 0 , cm
ln, cm
∆ln, cm
λ, m
1.
3.8 kHz
3,4
8,5
5,1
0,1
2.
3.8 kHz
3,4
12,9
9,5
0,095
3.
3.8 kHz
3,4
17,1
13,7
0,091
4.
3.8 kHz
3,4
21,9
18,5
0,0925
5.
3.8 kHz
3,4
25,9
22,5
0,09
6.
3.8 kHz
3,4
30,2
26,8
0,089
uus sagedus
 
 
 
 
0,09325
1.
5.0 kHz
2,9
6,5
3,6
0,072
2.
5.0 kHz
2,9
9,8
6,9
0,069
3.
5.0 kHz
2,9
13,5
10,6
0,0706
4.
5.0 kHz
2,9
17,1
14,2
0,071
5.
5.0 kHz
2,9
20,3
17,4
0,0696
6.
5.0 kHz
2,9
23,9
21
0,07
0,071
Temperatuur katse ajal oli 21,8 C =294,8K
6.Leidsime heli kiiruse v (m/s).
V=λ*f V1=38*9,325=353m/s
V2=50*7,03=351m/s
7.Leidsime heli kiiruse 0˚C juures.
1. V0=353/1,436=245,8m/s
2. V0=351/1,436=244,4m/s
8.Leidsime õhu moolsoojuste suhte .
ϒ1 = 0,029*3532/8,31*294,8=1,48
ϒ2 = 0,029*3512/8,31*294,8=1,46
9.Järeldus.
Kuna tegelik helikiirus V0=330m/s ja tegelik õhu moolsoojuste suhe on 1,40 ,siis saab järeldada ,et kuna meie leitud väärtused on suuremad tegelikest ,siis meie leitud V temperatuuril 21.8 Co on veidi suurem kui tegelik.