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

THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Bài XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ I Mục đích thí nghiệm Khảo sát truyền sóng âm cột không khí, tạo thành sóng dừng tượng cộng hưởng sóng dừng Xác định bước sóng vận tốc truyền âm không khí II Tóm tắt lý thuyết A.) Sự tạo thành sóng âm vận tốc truyền sóng âm không khí  Phương trình truyền sóng dạng tổng quát:   2U  v  U t (4.1) Trong hệ tọa độ Đề ba chiều toán tử Laplace có dạng:  2 2 2   x y z (4.2) Tong trường hợp truyền sóng xảy theo chiều x, phương trình truyền sóng có dạng:  2U 2 U  v t x (4.3) Nghiệm phương trình (4.3) cho ta: U(x,t) = U1(x+vt) + U2(x-vt) (4.4) Nếu dao động kích thích dao động điều hòa chúng có dạng: x U1  U sin  (t  ) v , x U  U sin  (t  ) v (4.5) Vận tốc truyền sóng âm v xác định theo công thức: v  E  (4.6) B.) Sóng dừng tượng cộng hưởng sóng dừng cột không khí 1> Sóng âm truyền ống đầu kín đầu hở Ta có phương trình truyền sóng tổng hợp điểm M cách N khoảng L=MN gây sóng âm phát nguồn N (x1M) sóng âm phản xạ (x2M) nó: xM  x1M  x2M  2a0 sin 2 y cos2 ft  (4.8) Với: y x1M  a0 sin 2 f (t  ) , v y x2M  ao sin 2 f (t  ) v Phương trình (4.8) cho thấy biên độ sóng âm tổng hợp M: a  2a0 sin(2 y )  (4.9) Khi điều kiện cộng hưởng sóng dừng L  (2k  1)  thỏa mãn, ta suy ra: - Biên độ sóng dừng vị trí : y  k  , với k = 0, 1, 2… - Biên độ sóng dừng đạt cực đại vị trí: y  (2k  1)  , với k = 0, 1, 2… - Khoảng cách hai nút sóng liên tiếp cách  2> Sóng âm truyền ống hai đầu hở Trong trường hợp hai đầu hở, có cộng hưởng sóng dừng, hai đầu hở ống bụng dao động, hay nút áp suất Điều kiện cộng hưởng sóng dừng trường hợp là: Lk  với k = 1, 2, 3,… (4.10) III Kết thí nghiệm Bảng 1: Cộng hưởng sóng dừng ống đầu kín đầu hở Tần số âm: ƒ1 = 500 (Hz), Điều kiện cộng hưởng: Lần đo L  (2k  1) / L1 L2 L3 (mm) (mm) (mm) 1 với k = 0, 1, 2, 1 v1  f1.1 ∆v1 (mm) (m/s) (m/s) (mm) 170 525 880 175 528 882 707,66 173 Trung bình 527 2,56 879 172,67 526,67 880,33 d1  880  170 882  175  355 (mm); d   353,5 (mm); 2 d3  879  173  353 (mm) d1  L d1     L1  L3  L2   880,33  172,67  353,83 (mm) 353,83  355  353,83  353,5  353,83  353  0,78 (mm) 1  2.d1  2.353,83  707, 66 (mm) 1  2.d1   d1'  d1   2. 0,5  0,78  2,56 (mm) Tần số âm: ƒ1 = 600 (Hz), Điều kiện cộng hưởng: L  (2k  1) / L1 L2 L3 (mm) (mm) (mm) 140 435 730 141 438 732 Lần đo 1 với k = 0, 1, 2, 2 v2  f 2 ∆v2 (mm) (m/s) (m/s) 140 437 731 Trung 140,33 436,67 bình 731 Tần số âm: ƒ1 = 700 (Hz), Điều kiện cộng hưởng: Lần đo L1 L2 L  (2k  1) / L3 (mm) (mm) (mm) 112 368 620 3 với k = 0, 1, 2, 3 v3  f3 3 ∆v3 (mm) (m/s) (m/s) 113 370 619 110 369 618 111,67 369 619 Trung bình Bảng 2: Cộng hưởng sóng dừng ống hai đầu hở Chiều dài ống Điều kiện cộng hưởng L = 1000 (mm) L = k  /2 Tần số cộng hưởng với k = 1, 2, 3,… f (Hz) Lần đo Mode Bậc Bậc Bậc Bậc 170 340 510 680 850 170 340 510 680 850 170 340 510 680 850 - Nhận xét kết quả: Theo lý thuyết , vận tốc truyền sóng âm không khí điều kiện áp suất at nhiệt độ xác định công thức: v  v0   t  173 độ-1 ; v0 =332m/s vận tốc truyền sóng âm không khí 00 C Hãy tính giá trị vận tốc truyền sóng âm v điều kiện phòng thí nghiệm (đọc nhiệt độ nhiệt kế) so sánh với giá trị vận tốc truyền sóng âm v1, v2, v3 thu từ kết thực nghiệm nêu  ... Theo lý thuyết , vận tốc truyền sóng âm không khí điều kiện áp suất at nhiệt độ xác định công thức: v  v0   t  173 độ-1 ; v0 =332m/s vận tốc truyền sóng âm không khí 00 C Hãy tính giá trị vận. .. v (4.5) Vận tốc truyền sóng âm v xác định theo công thức: v  E  (4.6) B.) Sóng dừng tượng cộng hưởng sóng dừng cột không khí 1> Sóng âm truyền ống đầu kín đầu hở Ta có phương trình truyền sóng... khí 00 C Hãy tính giá trị vận tốc truyền sóng âm v điều kiện phòng thí nghiệm (đọc nhiệt độ nhiệt kế) so sánh với giá trị vận tốc truyền sóng âm v1, v2, v3 thu từ kết thực nghiệm nêu