سرعة الصوت
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 تصنيف 5.00 (الأصوات 2)

الغاية

تهدف التجربة إلى قياس سرعة الصوت في الهواء. تتطلب التجربة أن نقيس الوقت المستغرق لنبض صوتي للتنقل مسافة معينة. لاستنتاج سرعة الصوت بدقة ، سنرسم رسمًا بيانيًا للمسافة المقطوعة مقابل الوقت المستغرق ، وأخيرًا الحصول على المنحدر.

نظرية

الصوت هو موجة يتم نشرها من خلال تغيير الضغط. الكائن الذي يولد الصوت سيدفع الهواء مما يؤدي إلى زيادة الضغط أمامه. ستخلق الدورة حركة للمناطق العالية والمنخفضة في الموجة التي تنشئ الصوت.

لتحديد سرعة الكائن يتم قياس موقعه كدالة للوقت. سيظل ثابتًا دائمًا على تغيير موضع الكائن دائمًا خطيًا سيزداد بمرور الوقت. من العلاقة

السرعة = المسافة المقطوعة / الوقت المنقضي

نحصل

x=Vt+xo

من

x0 = الموقف الأولي للكائن.

من المعادلة الخطية أعلاه ، ندرك أن منحنى الرسم البياني يعطي سرعة الكائن.

تعتمد حركة الصوت في الهواء على كثافة ودرجة حرارة هواء الانتشار. باستخدام الصوت على تردد 20Hz ، يمكن حساب الاعتماد على درجة الحرارة من المعادلة

من

T = درجة الحرارة بالدرجات ،

نظرياً عند الضغط الجوي العادي ، يتحرك صوت الرطوبة النسبية 50٪ عند متوسط ​​سرعة 345.25 m / s. حتى نتمكن من تنفيذ التجربة ، نقيس الوقت المستغرق في السفر لمسافة معينة.

الجهاز والإجراء

أنبوب Lucite: مزود بسماعتين ، حيث يتم تركيب سماعة واحدة في نهاية الأنبوب بينما يكون الآخر في داخل الأنبوب. يمكن قياس المسافة بين السماعتين باستخدام شريط متري يستخدم لمعايرة داخل الأنبوب. المتكلم الأول هو جهاز الإرسال بينما الثاني هو كاشف النبض الصوتي.

مولد النبض الكهربائي: سيوفر نبض الجهد الذي سيولد الصوت ليتم نقله على فترات زمنية ثابتة. سيكون الوقت بين تطبيق الجهد ومظهر النبضة في السماعة المستقبلة مساوياً للوقت الذي يستغرقه نبض الصوت للتنقل بين السماعتين.

راسم الذبذبات: يمكن استخدام شعاع الإلكترون لقياس السرعة المختلفة عند التجريف الأفقي. الوقت بين بداية الحركة الأفقية لحزمة الإلكترون وبداية الانحراف العمودي يساوي زمن انتقال النبضة الصوتية بين السماعتين.

إجراء

  • حرك السماعة الثانية حتى تتطابق الذروة الحادة الكبيرة الأولى لتتبع الجهد المعروض على شاشة الذبذبات مع الخط العمودي 0.5 ms المقابل للوقت t الذي يساوي 0.5 مللي ثانية. قم بقياس وتسجيل موضع ، x ، للمتكلم الثاني في جدول يتكون من عمودين ، واحد للوقت t ، والآخر للموضع ، x.
  • كرر الخطوة 1 أعلاه للحصول على قيم إضافية لـ t [1 و 1.5 و 2 و 2.5 و 3 ms] تتطابق مع الخطوط الرأسية الأخرى على شاشة الذبذبات. استمر في استخدام الجدول الأول لهذه البيانات.
  • أرسم رسم بياني لـ x (cm) مقابل t (ms). في الصف ، عليك رسم هذا الرسم البياني باستخدام Excel.
  • بما أن سرعة الصوت ثابتة ، يجب أن يكون الرسم البياني x x t خطًا مستقيمًا. باستخدام إحصاءات ثنائية الأبعاد ، الانحدار الخطي ، vexp.

Data (البيانات)

الوقت t (مللي)الموقف X (سم)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

الحساب والتحليل

ميل الرسم البياني = (Δy) / Δx

Vإكسب = 34.43543 سم / مللي

اعتراض = 4.108

معامل الارتباط الخطي ، R2 = 0.999883

Sy = 0.390355

Sمنحدر = 0.186625

Sاعتراض = 0.363401

رسم بياني

أسئلة

  • يشير الخط المستقيم إلى أن سرعة الصوت موحدة طوال مدة الانتشار.
  • قد يكون الرسم البياني الناتج منحنى لأن التسارع سيكون غير صفري وبالتالي يتغير باستمرار.
  • المسافة لـ t = 0.5 ms
  • المسافة = السرعة × الوقت

    = 34.43543 سم / مللي x x 0.5

    = 17.2177 سم

  • المسافة سافر بالضوء
  • المسافة = السرعة (ج) × الوقت

    = (3.00 x 108 m / s.) x (0.5 x 10-3)

    = 150000 x 1609.34-1

    = 93.2059 من الأميال

    • أ) قرب معامل الارتباط الخطي ، يوضح R2 أن المتغيرين مرتبطان خطيًا.
    • ب) الحصول على المسافة التي تتحركها النبضة خلال كل فترة زمنية.

النتيجة

وأخيراً ، يتضح من التجربة أن القيمة التي تم الحصول عليها قريبة من القيمة النظرية. يمكن أيضًا استنتاج أن المعلمات الزمنية والمسافة مرتبطة بشكل خطي.

المرفقات:
ملفمقدمة عن التخصصحجم الملف
قم بتنزيل هذا الملف (speed_of_sound.pdf)سرعة الصوتسرعة الصوت411 ك.

المزيد من كتابات العينة

عرض خاص!
استعمل القسيمة: UREKA15 للحصول على 15.0٪.

كل الطلبات الجديدة على:

الكتابة وإعادة الكتابة والتحرير

اطلب الآن