лабораторная работа 5.1 (Gorn) (1248151), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таблица 2. Метод бегущей волны: точки вырождения эллипса в прямую, длины волн.
| r, мм | δr, см | λi, мм | r, мм | δr, мм | λi, мм | r, мм | δr, мм | λi, мм |
| 52 | 4,50 | 9,00 | 135 | 4,50 | 9,00 | 218 | 4,50 | 9,00 |
| 56,5 | 4,50 | 9,00 | 139,5 | 4,50 | 9,00 | 222,5 | 4,50 | 9,00 |
| 61 | 4,00 | 8,00 | 144 | 4,00 | 9,00 | 227 | 4,00 | 8,00 |
| 65 | 4,50 | 9,00 | 148 | 4,50 | 9,00 | 231 | 4,50 | 9,00 |
| 69,5 | 4,50 | 9,00 | 152,5 | 4,50 | 9,00 | 235,5 | 4,50 | 9,00 |
| 74 | 4,50 | 9,00 | 157 | 4,50 | 9,00 | 240 | 4,00 | 8,00 |
| 78,5 | 4,50 | 9,00 | 161,5 | 4,00 | 9,00 | 244 | 4,50 | 9,00 |
| 83 | 3,00 | 6,00 | 165,5 | 4,50 | 9,00 | 248,5 | 4,50 | 9,00 |
| 86 | 5,50 | 11,00 | 170 | 4,00 | 9,00 | 253 | 4,50 | 9,00 |
| 91,5 | 4,50 | 9,00 | 174 | 5,00 | 9,00 | 257,5 | 4,00 | 8,00 |
| 96 | 4,50 | 9,00 | 179 | 4,00 | 9,00 | 261,5 | 4,50 | 9,00 |
| 100,5 | 4,00 | 8,00 | 183 | 4,50 | 9,00 | 266 | 4,50 | 9,00 |
| 104,5 | 4,50 | 9,00 | 187,5 | 4,50 | 9,00 | 270,5 | 4,50 | 9,00 |
| 109 | 4,00 | 8,00 | 192 | 4,50 | 9,00 | 275 | 4,00 | 8,00 |
| 113 | 4,50 | 9,00 | 196,5 | 4,00 | 9,00 | 279 | 4,50 | 9,00 |
| 117,5 | 4,50 | 9,00 | 200,5 | 4,50 | 9,00 | 283,5 | 4,00 | 8,00 |
| 122 | 4,50 | 9,00 | 205 | 4,00 | 9,00 | 287,5 | 4,50 | 9,00 |
| 126,5 | 4,00 | 8,00 | 209 | 4,50 | 9,00 | 292 | 5,00 | 10,00 |
| 130,5 | 4,50 | 9,00 | 213,5 | 4,50 | 9,00 | 297 | 4,00 | 8,00 |
Для большей наглядности представим полученные данные графически.
Рис. 4. Графическое представление данных из таблицы 1.
Значения амплитуды сигнала в зависимости от расстояния между источником и приемником
на участке от 1см до 4 см
Рис. 5. Графическое представление данных из таблицы 1.Значения амплитуды сигнала в зависимости от расстояния между источником и приемником на участке от 4 см до 30 см
-
Анализ результатов измерений
-
Обработка результатов
-
Вычисление длины волны производится по формуле:
,
где λ - длина волны, δr – расстояние между двумя ближайшими точками, в которых эллипс вырождается в прямую.
Формула может быть выведена из следующих соотношений:
- для чётного числа длин полуволн
- для нечётного
Таким образом, расстояние между двумя ближайшими такими точками равно половине длины волны.
Скорость звука вычисляется как:
,
где 
=8,74 мм посчитано из данных, приведенных в таблице 2., 
=39,58 кГц – частота генератора.
В итоге получаем с=346,72 м/с, 
с=3,7 м/с
Скорость потока воздуха от вентилятора может быть определена, исходя из того факта, что при включении вентилятора скорость звука суммируется со скоростью ветра, и звуку требуется меньшее время, чтобы дойти до приёмника:
(V – искомая скорость ветра, 
- разница во времени)
же можно определить из соотношения:
С учётом того, что 
, можно получить:
,
Где φ=0,33 – разность фаз сигналов, вычисленная через фигуры Лиссажу r=0,01485 м – расстояние, на котором измерена эта разность фаз.
А поскольку 
:
-
Оценка погрешностей
Погрешности измерений определялись с применением среднеквадратичного отклонения. Для длин волн и скорости звука:
δν=10кГц – из паспорта прибора, n – количество измерений.
Для сдвига фаз и скорости ветра:
Погрешность шкалы устройства перемещения составляет примерно 0,5 мм – отсюда определено δr.
Причины погрешностей:
-
Нестабильность частоты генератора
-
Неидеальная точность шкалы устройства перемещения (до 1 мм)
-
Невозможность перемещения эллипса и использования курсоров в режиме одиночного запуска и связанная с этим необходимость определять разность между точками пересечения эллипса с осями “на глаз”
-
Неточность измерения показаний осциллографа курсорами (погрешность порядка 1 пикселя)
-
Обсуждение полученных результатов
Сравнив полученный результат с табличным значением скорости звука с учетом температуры в помещении. Используя зависимость скорости звука от температуры для идеального газа:
, где для воздуха С0=331 м/с, T=300 – температура воздуха в помещении в единицах К, T0=273.
С= 346,98м/с
Полученное значение: С=346,72±3,7 м/с. Табличное значение скорости звука и полученное значение весьма близки.
Так же была получена скорость ветра, создаваемого вентилятором v=10,85 м/с. Полученные мной результаты совпадают с тем, что было получено другими студентами.
-
Выводы и заключение
В результате проделанной работы я установила скорость звука в воздухе при комнатной температуре. Сравнив результаты с табличными данными, я пришла к выводу, что результаты достоверны. Так же я выяснила, что зная скорость звука в данной среде, можно вычислить скорость ветра.
Список литературы
-
Золкин А. С. Что надо знать при написании курсовой работы (Методические рекомендации для студентов)//Сиб. физ. журн. 1995. № 4. С. 65 – 71.http://www.nsu.ru/journals/phys_stud/russian/
-
Князев Б. А., Черкасский В. С. Начала обработки экспериментальных данных. Новосибирск: НГУ, 1993. 35 с.
-
Кунце Х.-И. Методы физических измерений. М.: Мир, 1989. 213 с.Методы физических измерений (лабораторный практикум пофизике)/Под ред. Р. И. Солоухина. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние,1975. 292 с__
Оглавление
Введение 2
1 Описание эксперимента 2
1.1 Методика измерений 2
1.2 Описание установки 2
1.3 Результаты измерений 2
2 Анализ результатов измерений 3
2.1 Обработка результатов 3
2.2 Оценка погрешностей 3
3 Обсуждение полученных результатов 3
4 Выводы и заключение 3
Список литературы 3
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
