DETERMINAREA VITEZEI SUNETULUI IN AER, PRIN METODA INTERFERENTEI UNDELOR SONORE
Aparate si materiale necesare:
1. Oscilator(generator de ton);
2. Casca telefonica;
3. Microfon;
4. Osciloscop;
5. Cablu de conexiune.
Principiul lucrarii
Doua izvoare sonore S1 si S2 Produc intr-un punct din spatiu situat la distanta r1 de S1 si r2 se S2 un fenomen de interferenta, daca sunt coerente.
Prin fenomenul de interferenta se intelege fenomenul de suprapunere a doua sau mai multe unde coerente. Doua unde sunt coerente, daca vibreaza astfel incat diferenta de faza dintre ele sa fie constanta in timp.
Fie y1 si y2 cele doua unde care se suprapun in punctul M, emise de izvoarele S1 si S2.
,
Rezultanta celor doua oscilatii paralele va fi o oscilatie de forma:
Elongatia rezultanta este egala cu suma elongatiilor oscilatiilor componente:
Inlocuind relatiile (1), (2) si (3) si facand calculele, vom obtine:
Amplitudinea in punctul M este maxima daca se indeplineste urmatoarea conditie:
; .
ceea ce inseamna ca diferenta de drum sa fie un numar par de .
Amplitudinea rezultanta in M este minima daca:
; .
ceea ce inseamna diferenat de drum sa fie numar impar de .
.
Cunoscand diferenta de drum dintre doua maxime succesive sau doua minime succesive putem determina lungimea de unda.
Daca se cunoaste frecventa undei sonore se poate calcula viteza de propagare a undelor sonore in aer: .
Aceasta face obiectul lucrarii de fata.
Descrierea aparatului
Aparatele care fac posibila determinarea lui ... si a frecventei sunt cele enumerate mai sus. Ele au urmatoarele functii:
Oscilatorul R.C. sau generatorul de ton echipat cu o casca telefonica este aparatul care ne da undele sonore (prin intermediul castii telefonice) de frecventa bine determinata. Aceasta frecventa se citeste pe un aparat plasat chiar pe planul frontal al osciloscopului.Undele sonore sunt emise de casca in fata unui tub KONIG.
Tubul KONIG este compus din doua tuburi metalice in forma de U, unul de lungime fixa iar altul de lungime variabila (lungimea lui se poate modifica deplasandu-l pe verticala in sus). La extremitatea lor, tuburile sunt unite in cate un tub de diametru mai mare.
Undele sonore sunt emise in fata unui capat al tuburilor. La celalalt capat ele vor fi receptionate de un microfon dupa ce au parcurs drumuri diferite. Unele au mers prin tubul de lungime fixa, iar altele prin cel de lungime variabila.
Undele receptionate fiind coerente pentru ca vin de la acelasi izvor sonor vor da prin compunerea lor maxime sau minime conform conditie 5-6.
Maximie si minimile vor fi puse in evidenta de catre un osciloscop care este in legatura cu microfonul.Masurand cu tubul KONIG diferenta de drum d corespunzatoare la doua maxime succesive si tinand seama de conditia de maxim putem calcula lungimea de unda:
Modul de lucru
1. Facem legatura electronica intre casca telefonica si sursa de semnal;
2. Facem legatura intre microfon si placile de deflexie orizontale ale osciloscopului;
3. Potrivim tuburile astfel ca ele sa aiba aceeasi lungime. Punem in functiune osciloscopul introducandu-l in priza si punand comutatorul de pe panou pe pozitia 1.
Cu ajutorul butonului in dreptul caruia este scala aparatului gradata in Hertz sau Kilohertz frecventa la o anumita valoare( exemplu 1500Hz). Punem la punct osciloscopul observand sinusoida pe ecranul osciloscopului.
Modificam lungimea tubului mobil observand pe ecranul osciloscopului cum amplitudinea trece prin maxime si minime succesive. Notam pe rigla verticala a tubului KONIG distanta d dintre doua maxime succesive.
Lungimea de unda va f i deoarece la o distanta masurata pe rigla verticala corespunde un drum al undei de doua ori mai mare, tubul mobil fiind dublat. Pentru fiecare frecventa obtinem trei maxime, deci trei valori ale lui d.
Inlocuind pe si in formula putem determina viteza de propagare a undelor sonore in aer. Experienta se repeta si pentru alte frecvente si apoi se face media pentru cele noua valori ale lui v.
Datele se trec in urmatorul registru de experienta:
Nr. crt.
d(m)
V(m/s)
1
1500
0,11
0,22
330
315
0,105
0,21
315

0,103
0,2
300

0,105
0,21
315
2
1700
0,90
0,18
306
306
0,90
0,18
306

...