Thực hành vật lý đại cương xác định vận tốc truyền âm trong không khí

Thực hành vật lý đại cương xác định vận tốc truyền âm trong không khí được biên soạn dưới dạng file PDF cho các bạn sinh viên tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị thật tốt cho các kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

56 28 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Vật lý đại cương (VLDC)

Trường: Học viện kỹ thuật mật mã

Thông tin:

9 trang 6 tháng trước

Tác giả:

Profile Hoa Phượng
THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
Bài 4. XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN ÂM TRONG
KHÔNG KHÍ
I. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát sự truyền sóng âm trong cột không khí, sự tạo thành sóng
dừng và hiện tượng cộng hưởng sóng dừng. Xác định bước sóng và
vận tốc truyền âm trong không khí.
II. Tóm tắt lý thuyết
A.) Sự tạo thành sóng âm và vận tốc truyền sóng âm trong không
khí
Phương trình truyền sóng dạng tổng quát:
2
2
2
U
v U
t
(4.1)
Trong hệ tọa độ Đề các ba chiều toán tử Laplace có dạng:
2 2 2
2 2 2
(4.2)
Tong trường hợp sự truyền sóng chỉ xảy ra theo một chiều x,
phương trình truyền sóng có dạng:
2 2
2
2 2
U U
v
t x
(4.3)
Nghiệm của phương trình (4.3) cho ta: U(x,t) = U
1
(x+vt) + U
2
(x-vt)
(4.4)
Nếu dao động kích thích là một dao động điều hòa thì chúng có
dạng:
1 0
sin ( )
x
U U t
v
,
2 0
sin ( )
x
U U t
v
(4.5)
Vận tốc truyền sóng âm v được xác định theo công thức:
E
v
(4.6)
B.) Sóng dừng và hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong cột
không khí.
1> Sóng âm truyền trong ống một đầu kín một đầu hở.
Ta có phương trình truyền sóng tổng hợp tại điểm M cách N một
khoảng L=MN gây bởi sóng âm phát tại nguồn N (x
1M
) và sóng âm
phản xạ (x
2M
) của nó:
M
1M 2M
0
2 sin 2 2os
y
x x x a c ft
.
(4.8)
Với:
1M 0
sin 2 ( )
y
x a f t
v
,
2M
sin 2 ( )
o
y
x a f t
v
.
Phương trình (4.8) cho thấy biên độ của sóng âm tổng hợp tại M:
0
2 sin(2 )
y
a a
(4.9)
Khi điều kiện cộng hưởng sóng dừng
(2 1)
4
L k
được thỏa mãn,
ta suy ra:
- Biên độ sóng dừng bằng 0 tại các vị trí :
2
y k
, với k = 0, 1,
2…
- Biên độ sóng dừng đạt cực đại tại các vị trí:
(2 1)
4
y k
, với k = 0,
1, 2…
- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp cách đều nhau và bằng
2
.
2> Sóng âm truyền trong ống hai đầu hở.
Trong trường hợp cả hai đầu đều hở, khi có cộng hưởng sóng dừng,
tại hai đầu hở của ống đều là bụng dao động, hay nút áp suất. Điều
kiện cộng hưởng sóng dừng trong trường hợp này là:
2
L k
vớ
i k = 1, 2, 3,…
(4.10)
III. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1: Cộng hưởng sóng dừng trong ống một đầu kín một
đầu hở
Tần số âm: ƒ
1
= 500 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng:
(2 1) / 4
L k
với k = 0, 1, 2, 3
Lần đo
L
1
(mm)
L
2
(mm)
L
3
(mm)
1
1
(mm)
1 1 1
.
v f
(m/s)
∆v
1
(m/s)
(mm)
1
170 525 880
707,66
2,56
2
175 528 882
3
173 527 879
Trung
bình
172,67
526,67
880,33
1
880 170
355
2
d
(mm);
2
882 175
353,5
2
d
(mm);
3
879 173
353
2
d
(mm)
2 1 3 2
1
880,33 172,67
353,83
2 2
L L L L
d
(mm)
1
353,83 355 353,83 353,5 353,83 353
0,78
3
d
(mm)
1 1
2. 2.353,83 707,66
d
(mm)
'
1 1 1 1
2. 2. 0,5 0,78 2,56
d d d
(mm)
Tần số âm: ƒ
1
= 600 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng:
(2 1) / 4
L k
với k = 0, 1, 2, 3
Lần đo
L
1
(mm)
L
2
(mm)
L
3
(mm)
1
2
(mm)
2 2 2
.
v f
(m/s)
∆v
2
(m/s)
1
140 435 730
2 141 438 732
3
140 437 731
Trung
bình
140,33
436,67
731
Tần số âm: ƒ
1
= 700 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng:
(2 1) / 4
L k
với k = 0, 1, 2, 3
Lần đo
L
1
(mm)
L
2
(mm)
L
3
(mm)
3
3
(mm)
3 3 3
.
v f
(m/s)
∆v
3
(m/s)
1
112 368 620
2
113 370 619
3
110 369 618
Trung
bình
111,67
369 619
Bảng 2: Cộng hưởng sóng dừng trong ống hai đầu hở
Chiều dài ống L = 1000 (mm)
Điều kiện cộng hưởng L = k
/2 với k = 1, 2, 3,…..
Lần đo
Tần số cộng hưởng
f
(Hz)
Mode cơ
bản
Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 Bậc 4
1
170 340 510 680 850
2
170 340 510 680 850
3
170 340 510 680 850
- Nhận xét kết quả:
Theo lý thuyết , vận tốc truyền sóng âm trong không khí ở điều kiện
áp suất 1 at và nhiệt độ được xác định bởi công thức:
0
1
v v t
1
173
độ
-1
; v
0
=332m/s là vận tốc truyền sóng âm trong không khí ở
0
0
C. Hãy tính giá trị vận tốc truyền sóng âm v ở điều kiện phòng thí
nghiệm (đọc nhiệt độ trên nhiệt kế) và so sánh với các giá trị vận tốc
truyền sóng âm v
1,
v
2
, v
3
thu được từ kết quả thực nghiệm nêu trên.
| 1/9
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
Bài 4. XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ
I. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát sự truyền sóng âm trong cột không khí, sự tạo thành sóng
dừng và hiện tượng cộng hưởng sóng dừng. Xác định bước sóng và
vận tốc truyền âm trong không khí.
II. Tóm tắt lý thuyết
A.) Sự tạo thành sóng âm và vận tốc truyền sóng âm trong không khí  2  U 
Phương trình truyền sóng dạng tổng quát: 2  v U  2 t  (4.1)
Trong hệ tọa độ Đề các ba chiều toán tử Laplace có dạng: 2 2 2        2 2 2 xyz  (4.2)
Tong trường hợp sự truyền sóng chỉ xảy ra theo một chiều x,
phương trình truyền sóng có dạng: 2 2  U 2  Uv 2 2 tx  (4.3)
Nghiệm của phương trình (4.3) cho ta: U(x,t) = U1(x+vt) + U2(x-vt) (4.4)
Nếu dao động kích thích là một dao động điều hòa thì chúng có dạng: x x
U U sin (t  ) ,
U U sin (t  ) 1 0 v 2 0 v (4.5) E
Vận tốc truyền sóng âm v được xác định theo công thức: v (4.6)
B.) Sóng dừng và hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong cột không khí.
1> Sóng âm truyền trong ống một đầu kín một đầu hở.
Ta có phương trình truyền sóng tổng hợp tại điểm M cách N một
khoảng L=MN gây bởi sóng âm phát tại nguồn N (x1M) và sóng âm phản xạ (x2M) của nó: y x xx  2a sin 2
cos2 ft . M 1M 2M 0 (4.8) Với: y y x
a sin 2 f (t  ) , x
 a sin 2 f (t  ) . 1M 0 v 2M o v
Phương trình (4.8) cho thấy biên độ của sóng âm tổng hợp tại M: y
a  2a sin(2 ) 0 (4.9)
Khi điều kiện cộng hưởng sóng dừng L  (2k 1) được thỏa mãn, 4 ta suy ra:
- Biên độ sóng dừng bằng 0 tại các vị trí : y k , với k = 0, 1, 2 2…
- Biên độ sóng dừng đạt cực đại tại các vị trí: y  (2k 1) , với k = 0, 4 1, 2…
- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp cách đều nhau và bằng . 2
2> Sóng âm truyền trong ống hai đầu hở.
Trong trường hợp cả hai đầu đều hở, khi có cộng hưởng sóng dừng,
tại hai đầu hở của ống đều là bụng dao động, hay nút áp suất. Điều
kiện cộng hưởng sóng dừng trong trường hợp này là: L k với k = 1, 2, 3,… 2 (4.10)
III. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1: Cộng hưởng sóng dừng trong ống một đầu kín một đầu hở
Tần số âm: ƒ1 = 500 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng: L  (2k 1)/ 4 với k = 0, 1, 2, 3 L  1 L2 L3
v f . ∆ 1 v 1 1 1 1 Lần đo 1 (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) (m/s) (mm) 1 170 525 880 2 175 528 882 707,66 2,56 3 173 527 879
Trung 172,67 526,67 880,33 bình 880 170 882 175 d   355 (mm); d   353,5 (mm); 1 2 2 2 879 173 d   353 (mm) 3 2
L L L L 2 1   3 2  880,33 172,67 d    353,83 (mm) 1 2 2
353,83  355  353,83  353,5  353,83  353 d    0,78 (mm) 1 3
 2.d  2.353,83  707, 66 (mm) 1 1 '   2. d    d   d
   2. 0,5  0,78  2,56 (mm) 1 1 1 1    
Tần số âm: ƒ1 = 600 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng: L  (2k 1)/ 4 với k = 0, 1, 2, 3 L  1 L2 L3
v f . 2 ∆v 2 2 2 2 Lần đo 1 (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) (m/s) 1 140 435 730 2 141 438 732 3 140 437 731 Trung 140,33 436,67 731 bình
Tần số âm: ƒ1 = 700 (Hz),
Điều kiện cộng hưởng: L  (2k 1)/ 4 với k = 0, 1, 2, 3 L  1 L2 L3
v f . 3 ∆v 3 3 3 3 Lần đo 3 (mm) (mm) (mm) (mm) (m/s) (m/s) 1 112 368 620 2 113 370 619 3 110 369 618 Trung 111,67 369 619 bình
Bảng 2: Cộng hưởng sóng dừng trong ống hai đầu hở
Chiều dài ống L = 1000 (mm)
Điều kiện cộng hưởng L = k /2 với k = 1, 2, 3,….. Tần số cộng hưởng f (Hz) Lần đo Mode cơ Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 Bậc 4 bản 1 170 340 510 680 850 2 170 340 510 680 850 3 170 340 510 680 850 - Nhận xét kết quả:
Theo lý thuyết , vận tốc truyền sóng âm trong không khí ở điều kiện
áp suất 1 at và nhiệt độ được xác định bởi công thức: v v 1   t 0 1
độ-1 ; v0 =332m/s là vận tốc truyền sóng âm trong không khí ở 173
00 C. Hãy tính giá trị vận tốc truyền sóng âm v ở điều kiện phòng thí
nghiệm (đọc nhiệt độ trên nhiệt kế) và so sánh với các giá trị vận tốc
truyền sóng âm v1, v2, v3 thu được từ kết quả thực nghiệm nêu trên.