به نام خدا
گزارش کار آزمایش شماره 5
آزمایش: سرعت صوت در هوا
تاریخ آزمایش :8آبان1402
استاد:
اعضای گروه:
* هدف آزمایش:
بدست آوردن سرعت صوت در هوا به کمک لوله های بسته
* وسایل مورد نیاز:
1. بشر
2. لوله دو سر باز(لوله پولیکا)
3. آب
4. دیاپازون
5. خط کش
* تئوری آزمایش:
ما برای محاسبه سرعت صوت از فیزیک 4 فرمول زیر را داشتیم:
V=√ƔRT/M
که در آن ها:
R=8.34j/mol. ̊k
دما بر حسب کلوین=T
جرم مولکولی گازM=
Ɣ=cp/cv
که با داشتن اطلاعات و با استفاده از فرمول فوق می شود سرعت صوت را بدست آورد.
حال در این آزمایش ما می خواهیم سرعت صوت را در آزمایشگاه بدست آوریم.
ما میدانیم موج صوتی یک موج طولی است.
همچنین می دانیم برای بدست آوردن سرعت فرمول:
V=λf
را داریم.
برای انجام این آزمایش ما ،یک بشر را از آب پر میکنیم.
سپس یک لوله پولیکا را (که قطر آن کوچک تر از قطر بشر است)درون آب های بشر قرار می دهیم.
ما با استفاده از وسیله ای به اسم دیاپازون درون این لوله های استوانه ای شکل موج صوتی ایجاد میکنیم.
ما می دانیم در این لوله با به تشدید در آوردن دیاپازون و نزدیک کردن به دهانه لوله متحرک در طول موج های λ/4 و 4/3λ تشدید رخ می دهد.
هر دیاپازون فرکانس خاصی دارد که بر روی آن نوشته شده است.
ما با استفاده از طریق ارتفاع لوله پولیکا مکان تشدید اول را پیدا میکنیم(صدا در آنجا تغییر می کند و شدید تر می شود)و ارتفاع سطح آب را تا بالاترین نقطع لوله پولیکا حساب میکنیم و آن را برابر با
قرار می دهیمL1
بعد از پیدا کردن مکان تشدید اول به دنبال مکان تشدید دوم می رویم.ارتفاعی از لوله پولیکا را که بیرون از آب است را بیشتر میکنیم آنقدرکه به تشدید دوم دست پیدا کنیم و اندازه آن را پیدا کنیم.
را نیز پیدا کرده ایم.L2پس با این حساب ما مقدار
همچنین دیاپازون را هنگامی که به نوسان در می آوریم مقداری فاصله با سطح لوله پولیکا دارد که آن را α می نامیم.
L1=α+λ/4
L2=α+3λ/4
با تفریق ارتفاع دو تشدید از هم داریم:
L2-L1=λ/2
که از اینجا می توان طول موج را بدست آورد.
مقدار فرکانس نیز همانجوری که گفته شد بر روی دیاپازون نوشته شده است.
با ضرب این دو در هم مقدار سرعت صوت بدست می آید.
یک نکته جالب نیز وجود دارد و آن این است که هر دیاپازون یک جعبه تشدید دارد که صوت آن را تشدید می کند که ارتفاع آن برابر با تشدید اول است.
* روش انجام آزمایش و محاسبات :
همانطور که گفته شد برای انجام این آزمایش ابتدا یک بشر را از آب پر می کنیم و یک لوله متحرک (لوله پولیکا)درون آن قرار می دهیم.
است) را به1024hzسپس با استفاده از یک دیاپازون(که فرکانس آن بر روی آن هک شده و برابر با
نوسان در می آوریم و آن را در نزدیکی دهانه لوله پولیکا می گذاریم و ارتفاع لوله پولیکا را از سطح آب تغییر می دهیم تا بتوانیم تشدید اول را بدست آوریم.
تشدید اول در 8.5 سانتی متر اتفاق می افتد.پس:
L1=8.5cm
برای یافتن تشدید دوم نیز باز دیاپازون را به نوسان در می آوریم و آن را درنزدیکی دهانه لوله پولیکا قرار می دهیم و ارتفاع لوله پولیکا را تغییر می دهیم تا مکان تشدید دوم مشخص شود که برابر با 27سانتی متر است.
L2=27cm
8.5= α+λ/4
27= α+3λ/4
18.5=λ/2
λ=37cm
f=1024hz
v=fλ=37.10-2.1024=378.88m/s
باری دیگر این آزمایش را با استفاده از یک دیاپازون دیگر انجام می دهیم که نتایج آن به صورت زیر (f=440hz)است:
L1=20cm= α+λ/4
L2=66cm= α+3λ/4
46= λ/2
λ=92cm
f=440hz
v=fλ=92.10-2.440=404.8
* نتیجه گیری:
ما در این آزمایش نحوه محاسبه سرعت صوت را با استفاده از بشر،لوله دو سر باز(لوله پولیکا)،آب،دیاپازون و خط کش را آموختیم که همواره دارای مقداری خطای محاسباتی است ولی می توانیم یک عددی نزدیک به سرعت صوت را بدست آوریم.
پایان