Измерение скорости звука Размер: 305.8 кб

Работа 20. Измерение скорости звука (7–9 класс)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Измерение скорости звука в воздухе и в твердом материале.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
В эксперименте измеряется время прохождения резкого звукового сигнала между двумя
микрофонами. На основании данных этих измерений рассчитывается скорость звука
(расстояние между микрофонами делится на время). Этот метод позволяет определить
скорость прохождения звука в воздухе, древесине и металлах.
Оборудование

Молоток

Длинный стальной (алюминиевый) брусок (не менее 2 м)

Длинная деревянный стержень, доска (длиной не менее 2 м)

Два микрофонных датчика

Соединительные провода для датчиков

TriLink

КПК и/или ПК
Монтаж экспериментальной установки
1. Установите микрофоны в ряд на столе, направив их на источник звука (рис. 1).
Расстояние между микрофонами сделать максимальным (насколько позволяют
соединительные кабели микрофонных датчиков, не менее 2 м).
Рис. 1
2. Подсоедините датчик к TriLink’у. Если для связи между TriLink’ом и компьютером
вы используете кабель USB, то соедините TriLink и компьютер при помощи этого
кабеля.
3. Включите TriLink, нажав на нем кнопку Стоп\Пуск
4. Запустите программу MultiLab.
.
5. В программе MultiLab установите параметры измерений, открыв окно настроек при
помощи кнопки Настройка (на ПК
, на КПК
).
Настройка параметров измерений

Частота измерений – 500 замеров/с

Время измерений – согласно предложению программы (не более 5 с)
Порядок проведения эксперимента
1. Измерьте расстояние между микрофонами и запишите полученное значение
в тетрадь.
2. Начинайте регистрацию данных. Для этого нажмите кнопку Старт/Стоп на
TriLink’е или в кнопку Старт (на ПК
, на КПК
) на панели инструментов
MultiLab. Показания датчика будут отображаться в виде графика.
3. Произведите резкий звуковой сигнал хлопок в ладоши, удар гонга, удар молотка по
металлическому предмету.
4. Остановите регистрацию, повторно нажав кнопку Старт/Стоп на TriLink’е или
кнопку Стоп (на ПК
, на КПК
) на панели инструментов MultiLab. Если
время регистрации установлено не более 5 с, то регистрация остановится
автоматически. Сохраните результаты опыта.
5. Повторите этапы с 1-го по 5-й для измерения скорости прохождения звука в
древесине и металле (рис. 2). Микрофоны следует расположить на
противоположных концах бруска из соответствующего материала чувствительным
элементом вниз (к бруску). Расстояние между микрофонами должно быть как
можно больше. При измерении скорости прохождения звука в таких материалах,
как дерево или металл, звук надо обязательно извлекать из этого материала (вполне
подходящим способом извлечения звука может быть удар молотком по
соответствующему предмету). Каждый эксперимент следует сохранять на КПК или
ПК под отдельным именем, чтобы в дальнейшем можно было использовать
полученные результаты.
Рис. 2
Анализ результатов эксперимента
1. Если в эксперименте данные поступали на КПК, то для их обработки на ПК
проведите процедуру синхронизации КПК с ПК. В программе MultiLab выполните
импорт данных. Если же данные отправлялись с регистратора данных сразу в
MultiLab ПК, то график данных уже перед вами.
2. Если график оказался слишком «шумным», то есть искаженным помехами,
рекомендуем выполнить его сглаживание. Для этого нажмите на панели
инструментов графика кнопку Сгладить
.
3. При помощи курсоров и инструмента увеличения разместите на экране только ту
часть графика, которая соответствует моментам реакции микрофонов на звук.
Определите моменты времени прохождения звуковой волны через датчики.
Рассчитайте скорость звука:
v
l
t 2  t1 .
4. Повторите эти процедуры для каждого материала.
5. Сравните значения скорости звука, полученные для различных материалов в
процессе эксперимента, с их реальными (табличными) значениями и постарайтесь
объяснить различие этих значений (если оно существует).
1.
2.
3.
4.
5.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОПРОСА И ЗАЩИТЫ ЛР
Что такое звук? Длина звуковой волны? Скорость ее распространения?
Как происходит распространение колебаний плотности в среде при
распространении звука в воздухе и в твердом теле? Какие волны могут
распространяться в твердом теле и не могут в воздухе?
Как скорость распространения звука должна зависеть от плотности воздуха?
Где скорость распространения звука выше: в воздухе, воде, металле?
Какой метод измерения скорости звука предложен в работе? Какие промежутки
времени можно зарегистрировать с помощью предлагаемого оборудования? Какое
минимальное расстояние должно быть между датчиками, если скорость звука
около 1000 м/c?
ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ
Отчет выполните в виде электронного документа в текстовом редакторе. Он должен
содержать:
 формулировку цели,
 основные формульные формулировки физических законов, описывающих
изучаемое явление,
 фотографию схемы установки для проведения опыта,
 значения измеряемых величин в виде таблицы,
 примеры результаты расчетов,
 выводы.