Скорость звука
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (2 Голосов)

Цель

Эксперимент направлен на измерение скорости звука в воздухе. Эксперимент требует, чтобы мы измерили время, необходимое звуковому импульсу для прохождения заданного расстояния. Чтобы точно определить скорость звука, мы построим график пройденного расстояния в зависимости от времени и, наконец, получим наклон.

теория

Звук - это волна, которая распространяется через изменение давления. Объект, генерирующий звук, выталкивает воздух, что приводит к увеличению давления перед ним. Цикл создаст движение высоких и низких областей в волне, создающей звук.

Для определения скорости объекта его положение измеряется как функция времени. При постоянной скорости положение объекта всегда будет линейно изменяться, а со временем будет увеличиваться. Из отношений

Скорость = пройденное расстояние / прошедшее время

Мы получаем

x=Vt+xo

где

x0 = начальная позиция объекта.

Из приведенного выше линейного уравнения мы понимаем, что наклон графика, приведенного на графике, даст скорость объекта.

Движение звука в воздухе зависит от плотности и температуры распространения воздуха. Используя звук на частоте 20Hz, температурная зависимость может быть вычислена из уравнения

где

Т = температура в градусах,

Теоретически при нормальном атмосферном давлении с относительной влажностью 50% звук движется со средней скоростью 345.25 м / с. Чтобы провести эксперимент, мы измеряем время, необходимое для прохождения заданного расстояния.

Аппарат и процедура

Трубка Lucite: оснащена двумя динамиками, где один динамик установлен на конце трубки, а другой подвижен внутри трубки. Расстояние между двумя динамиками может быть измерено с помощью метрической ленты, используемой для калибровки внутренней части трубки. Первый динамик - передатчик, а второй - детектор звукового импульса.

Электрический генератор импульсов: обеспечит импульс напряжения, который будет генерировать звук, передаваемый через постоянные промежутки времени. Время между подачей напряжения и появлением импульса на принимающем громкоговорителе будет равно времени, которое требуется для прохождения звукового импульса между двумя громкоговорителями.

Осциллограф: электронный луч можно использовать для измерения различной скорости при горизонтальном движении. Время между началом горизонтального движения электронного пучка и началом вертикального отклонения равно времени прохождения звукового импульса между двумя динамиками.

Процедура

  • Перемещайте второй динамик до тех пор, пока первый большой острый пик кривой напряжения, отображаемой на экране осциллографа, не совпадет с вертикальной линией 0.5 мс, соответствующей времени t, равному мс 0.5. Измерьте и запишите положение x второго громкоговорителя в таблице, состоящей из двух столбцов, один для времени t, а другой для положения, x.
  • Повторите шаг 1 выше для дополнительных значений t [1, 1.5, 2, 2.5 и 3 мс], соответствующих другим вертикальным линиям на экране осциллографа. Продолжайте использовать таблицу один для этих данных.
  • Постройте график зависимости x (см) от t (мс). В классе вы строите этот график с помощью Excel.
  • Поскольку скорость звука постоянна, график зависимости x от t должен быть прямой линией. Использование двумерной статистики, линейная регрессия, vexp.

дата

время т (мс)положение X (см)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

Расчет и анализ

Наклон графика = (Δy) / Δx

Vехр = 34.43543 см / мс

Перехват = 4.108

Коэффициент линейной корреляции, R2 = 0.999883

Sy = 0.390355

Sсклон = 0.186625

Sперехват = 0.363401

График

Вопросы

  • Прямая линия указывает на то, что скорость звука одинакова на всем протяжении распространения.
  • Результирующий график был бы кривой, так как ускорение было бы ненулевым, следовательно, постоянно изменяющимся.
  • Расстояние для t = 0.5 мс
  • Расстояние = скорость х время

    = 34.43543 см / мс x 0.5

    = 17.2177 см

  • Расстояние, пройденное светом
  • Расстояние = скорость (с) х время

    = (3.00 x 108 м / с.) X (0.5 x 10-3)

    = 150000 x 1609.34-1

    = 93.2059 миль

    • а) Близость коэффициента линейной корреляции R2 показывает, что две переменные линейно связаны.
    • б) Получение расстояния, пройденного импульсом в течение каждого временного интервала.

Вывод

Наконец, из эксперимента видно, что полученное значение близко к теоретическому значению. Также можно разумно сделать вывод, что параметры времени и расстояния линейно связаны.

Вложения:
филеОписаниеРазмер файла
Загрузите этот файл (speed_of_sound.pdf)Скорость звукаСкорость звука411 XNUMX

Больше образцов письма

Специальное предложение!
использование КУПОН: UREKA15 для удаления 15.0%.

Все новые заказы на:

Написание, переписать и редактировать

Заказать