Na návšteve v laboratóriu základného praktika na MFF UK
Podstatná časť prípravy budúcich učiteľov fyziky sa koná v laboratóriach základného kurzu fyziky a špeciálneho praktika školských pokusov. V mnohých laboratórnych úlohách sa pri zbere experimentálnych dát a pri ich spracovaní používa počítač. Dnes prinášame ukážku jednej z nich - jej cieľom je meranie rýchlosti zvuku vo vzduchu.
Myšlienku, na ktorej sa meranie zakladá, ilustrujeme zadaním fyzikálnej úlohy
Na obrázku je znázornený experiment, pri ktorom sa zvuk - tón určitej frekvencie - sníma dvoma mikrofónmi. Mikrofóny sú umiestnené v nerovnakej vzdialenosti od zdroja - druhý z nich je o Dx = 24 cm ďalej ako prvý. Na obrázku vpravo je záznam časového rozvoja napätia z obidvoch mikrofónov, zobrazený na displeji mikropočítača. Analyzujte zobrazený experiment, preskúmajte obidva grafy a určte rýchlosť šírenia zvuku vo vzduchu.
Riešenie: Fázovú rýchlosť zvukového vlnenia vypočítame zo zadanej vzdialenosti Dx oboch mikrofónov a z časového intervalu Dt = 0,0007 s, ktorý zodpovedá fázovému rozdielu snímaných signálov.
V ďalšom texte uvádzame návod na laboratórnu úlohu a namerané výsledky zo základného praktika pre 1. ročník študia fyziky na MFF UK Bratislava.O použitých prostriedkoch - interface CMA, spolu so senzormi a programom IP Coach - sme už informovali v predcházajúcich číslach FL.
(vk)
Meranie rýchlosti zvuku pomocou dvoch akustických senzorov CMA
(Pisoňová, B., Zrubáková, N., MFF UK, Bratislava)
Pomôcky: mikropočítač s interfejsom UIB, program IP-COACH, merací panel CMA, dva mikrofóny (akustické senzory CMA), akustická lavica so statívami, zdroje zvuku (tónový generátor, zosilňovač, reproduktor)
Vo fyzikálnom praktiku z mechaniky a molekulovej fyziky sa meria v usporiadaní podľa obr. 1. Mikrofóny sú umiestnené na stojanoch na akustickej lavici, opatrenej dĺžkovým meradlom, v rovnakej výške a vo vzájomnej vzdialenosti D.
Zvukové vlnenie prejde vzdialenosť medzi senzormi za čas t = D/c , kde c je rýchlosť zvuku vo vzduchu. Čas Dt určíme z fázového rozdielu časových priebehov napäťových signálov na obrazovke počítača.
Zdrojom zvuku môže byť akýkoľvek zvukový rozruch, napr. úder kladivom, alebo tónový generátor s pripojeným reproduktorom. Treba vhodne zvoliť frekvenciu tónu a vzdialenosť senzorov (napr. 1000 Hz, a D = 20 cm) aby bolo možné urobiť výpočet podľa vzťahu c = D/Dt
Ak vzdialenosť D je omnoho väčšia ako vlnová dĺžka, treba v menovateli pripočítať k-násobok periódy T , pričom k určíme z podmienky
Postup: Zo súboru programov IP-COACH použi-jeme program MULTISKOP. V ponuke NASTAVIŤ/MERANIE zvolíme vhodný časový interval (niekoľko milisekúnd) a vyberieme kanály pre pripojenie senzorov. Voľbou MERAŤ/ŠTART sa začne zobrazovať časový priebeh deja, ak vyvoláme príslušný zvukový efekt.
Časový interval Dt odčítame na obrazovke nitkovým kurzorom v ponuke PREZERAŤ.
Z viacerých meraní, pri rôznych vzdialenostiach D senzorov, potom v TABUĽKOVOM KALKULÁTORE zostrojíme závislosť D=fD;t). V programe SPRACOVANIE/ANALYZOVAŤ/FIT/funkcia/line-árna, zobrazíme priamku ktorej smernica predstavuje hodnotu rýchlosti zvuku. Smernicu priamky a jej smerodajnú odchýlku odčítame priamo z obrazovky počítača (obr. 3).
Z údajov na obr. 3, vyplýva, že pri opisovanom experimente vychádza pre rýchlosť šírenia zvuku vo vzduchu c » 351 m.s-1.
Literatúra:[ Predchádzajúci článok] | Úvodná strana | Nasledujúci článok]