Wyznaczanie prędkości dźwięku
metodą rezonansu - rura Quinckego
Kamil Kania, Wojciech Maliński - klasa IIC1 - rok szkolny 2008/2009
Wstęp
Prędkość dźwięku w określonym ośrodku jest prędkością rozchodzenia się w nim zaburzenia mechanicznego.
W powietrzu prędkość dźwięku wynosi:
Celem doświadczenia jest wyznaczenie prędkości dźwięku w powietrzu.
Wykonując doświadczenie będziemy próbowali uzyskać maksymalnie zbliżony wynik do rzeczywistego.
Pojęcia
- fala stojąca – to nałożenie się fali padającej i odbitej; falę tę charakteryzują węzły i strzałki
- węzły – miejsca, w których fala nie drga
- strzałki – miejsca, w których wychylenie jest równe amplitudzie
Przyrządy
Przyrządy potrzebne do przeprowadzenia doświadczenia:
- rura Quinckego
- metr
- kamerton
- młoteczek
- fluorosceina (służy jedynie do zabarwienia wody)
Schemat fali stojącej
gdzie:
- S - strzałki
- W - węzły
- λ - długość fali
Schemat rury Quinckego
Opis doświadczenia
Poprzez ruchy naczynia połączonego z przeszkloną rurką gumowym przewodem, możemy regulować poziom wody w rurce. Przy obniżaniu naczynia poziom wody maleje a przy podwyższaniu rośnie. Pomocne jest to przy „szukaniu” rezonansów – strzałek - czyli miejsc, w których dźwięk będzie najsilniejszy.
Wzór
gdzie:
- ν - prędkość fali
- λ - długość fali
- f - częstotliwość drgań kamertonu
Przebieg doświadczenia
Początkowy poziom wody ustalamy na wysokości około 10 cm, po czym uderzamy młoteczkiem w kamerton. Poprzez obniżanie naczynia połączonego z rurą gumowym przewodem obniżamy poziom wody w rurce. Na wysokości 16,5 cm słyszymy pierwsze natężenie dźwięku – rezonans. Oznacza to, że w tym miejscu jest pierwsza strzałka. Obniżając poziom wody uzyskujemy drugi rezonans – strzałkę na poziomie 52 cm. Odległość między dwoma strzałkami jest równa połowie długości fali. Wyniki zapisujemy i podstawiamy do wzoru.
Film
| Pierwsza strzałka
| Druga strzałka
|
|
|
|
Obliczenia
Pierwsza strzałka – 
– na wysokości 16,5 cm = 0,165 m
Druga strzałka – 
– na wysokości 52 cm = 0,52 m
Prędkość dźwięku uzyskana w naszym doświadczeniu:
340,8 [m/s]
Dla przypomnienia rzeczywista prędkość dźwięku w powietrzu:
340 [m/s]