enarzh-CNfrdeiwjanofaptruessv
Lydens hastighet
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 5.00 (2 Votes)

Formål

Forsøket tar sikte på å måle lydens hastighet i luften. Forsøket krever at vi måler tiden som er tatt for en lydpuls for å reise en gitt avstand. For å nøye utlede lydens hastighet vil vi tegne en graf over avstanden som er reist mot tiden som er tatt, og endelig få hellingen.

Teori

En lyd er en bølge som forplantes gjennom trykkendring. Objektet som genererer lyden, vil presse luft som resulterer i økt trykk foran den. Syklusen vil skape en bevegelse av høye og lave regioner i den bølgende skape lyden.

For å bestemme hastigheten på et objekt måles posisjonen som en funksjon av tiden. Holdhastighet konstant vil posisjonen til et objekt alltid endre seg lineært, øke i tid. Fra forholdet

Hastighet = tilbakestilt avstand / tid forløpt

Vi oppnår

x=Vt+xo

Hvor

x0 = startposisjon for objektet.

Fra den lineære ligningen over vi innser hellingen på grafen som er tegnet, vil gi objektets fart.

Bevegelsen av lyd i luft er avhengig av tetthet og temperatur i luften av forplantning. Ved bruk av lyd ved 20Hz-frekvensen kan temperaturavhengigheten beregnes fra ligningen

Hvor

T = temperatur i grader,

Teoretisk ved normal atmosfærisk trykk, med 50% relativ fuktighet lyd beveger seg med en gjennomsnittlig hastighet på 345.25 m / s. For å kunne utføre forsøket måler vi den tiden det tar å reise den angitte avstanden.

Apparat og prosedyre

Lucite tube: er utstyrt med to høyttalere, hvor en høyttaler er montert på enden av røret mens den andre er bevegelig inne i røret. Avstanden mellom de to høyttalerne kan måles med et metrisk tape som brukes til å kalibrere innsiden av røret. Den første høyttaleren er senderen mens den andre er detektoren av lydpulsen.

Elektrisk pulsgenerator: Gir spenningspulsen som vil generere lyden som skal overføres med jevne mellomrom. Tiden mellom spenningsføringen og utseendet på pulsen ved mottakshøyttaleren vil være lik den tiden det tar for lydpulsen å bevege seg mellom de to høyttalerne.

Oscilloskop: Elektronstrålen kan brukes til å måle hastigheten når den sveises horisontalt. Tiden mellom starten av den horisontale bevegelsen av elektronstrålen og starten på den vertikale avbøyningen er lik reisestidspunktet for lydpulsen mellom de to høyttalerne.

Prosedyre

  • Flytt den andre høyttaleren til den første store skarpe toppen av spenningssporet som vises på oscilloskop-skjermen sammenfaller med den vertikale linjen 0.5 ms som svarer til tiden t, lik 0.5 ms. Mål og ta opp posisjonen x av den andre høyttaleren i et bord bestående av to kolonner, en for tiden t og den andre for posisjonen x.
  • Gjenta trinn 1 ovenfor for ytterligere verdier av t [1, 1.5, 2, 2.5 og 3 ms] som tilsvarer andre vertikale linjer på oscilloskop-skjermen. Fortsett å bruke tabell ett for disse dataene.
  • Plot en graf på x (cm) versus t (ms). I klassen plotter du denne grafen ved hjelp av Excel.
  • Siden lydens hastighet er konstant, bør grafen for x vs t være en rett linje. Ved hjelp av todimensjonal statistikk, lineær regresjon, vexp.

Data

tid t (ms)posisjon X (cm)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

Beregning og analyse

Helling av grafen = (Δy) / xx

Vexp = 34.43543 cm / ms

Avskjære = 4.108

lineær korrelasjonskoeffisient, R2 = 0.999883

Sy = 0.390355

Sskråningen = 0.186625

Savskjære = 0.363401

Graph

spørsmål

  • Rettlinjen indikerer at lydens hastighet er jevn gjennom hele forplantningsperioden.
  • Den resulterende grafen ville ha vært en kurve da akselerasjonen ville være en ikke-null dermed stadig varierende.
  • Avstand for t = 0.5 ms
  • Avstand = hastighet x tid

    = 34.43543 cm / ms x 0.5

    = 17.2177 cm

  • Avstand reist av lys
  • Avstand = hastighet (c) x tid

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

    = 150000 x 1609.34-1

    = 93.2059 miles

    • a) Nærheten til den lineære korrelasjonskoeffisienten, R2, viser at de to variablene er lineært relaterte.
    • b) Oppnå avstanden flyttet av pulsen under hvert tidsintervall.

konklusjonen

Til slutt er det tydelig fra eksperimentet at verdien som er oppnådd ligger nær den teoretiske verdien. Det kan også med rimelighet utledes at parametertiden og avstanden er lineært relatert.

pin It
Vedlegg:
filetBeskrivelseFilstørrelse
Last ned denne filen (speed_of_sound.pdf)Lydens hastighetLydens hastighet411 kB

Flere eksempler på skrifter

Spesialtilbud!
Bruk Kupong: UREKA15 å få 15.0% av.

Alle nye ordrer på:

Skrive, omskrive og redigere

Bestill nå