Вимірювання швидкості звуку за луною

Чернецький ІгорЗавідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.
ЛегкийБезпечноМожливо виконати в домашніх умовахДо 1 години
ДинамікаФізика

Резюме

Проект є прикладом найпростішого методу вимірювання швидкості звуку, який поширюється в картонній трубі.

Мета роботи: визначити швидкість поширення звуку в повітрі.

Завдання роботи:

  1. Виготовити картонну трубу, закриту з одного боку.
  2. Використовуючи програмне забезпечення, здійснити запис.
  3. Визначити час, протягом якого відбувається луна, та розрахувати швидкість звуку в повітрі.

Попередня інформація

Швидкість звуку - це швидкість поширення акустичних хвиль у пружному середовищі. Поширення хвиль пов'язане з коливальним рухом частинок середовища, в якому напрям поширення хвилі та напрям руху частинок середовища можуть не збігатися.

Звукові хвилі в повітрі є повздовжніми. Напрямок коливального руху часток і напрямок поширення хвилі збігаються. Швидкість звуку залежить від фізичних властивостей середовища, зокрема від його температури. Швидкість звуку в газах зазвичай є сталою для певної речовини і за заданих зовнішніх умов зазвичай не залежить від частоти хвилі чи її амплітуди.

У роботі використовується явище утворення луни під час проходження звукової хвилі від краю труби до закритого її кінця і назад. Для точного вимірювання часу проходження хвилі застосовується мікрофон, приєднаний до ПК під управлінням програмного забезпечення Audacity. Це програмне забезпечення є безкоштовним, україномовним і має відкритий код.

Обладнання

Картонна труба, шматок пінопласту або пінопропілену, рулетка або лінійка, мікрофон, ПК. Програмне забезпечення: Audacity (www.audacityteam.org)

Експериментальна процедура

Використайте картонну трубу, на яку зазвичай намотують гнучке покриття (поліетилен, лінолеум тощо). Довжина труби має бути в межах 1-1,2 м. Вирівняйте краї труби та окресліть її обрис на шматку пінопласту або пінопропілену. Виріжте з цього шматка циліндричну вкладинку і припасуйте її до краю труби. Виміряйте рулеткою довжину повітряного каналу l у трубі.

Приєднайте до мікрофонного входу ПК мікрофон та запустіть програму Audacity.

Оберіть один канал запису звуку. Помістіть мікрофон біля зрізу труби. Увімкніть процес запису звуку. Зведіть пальці руки поблизу мікрофона та декілька раз клацніть ними. Зупиніть запис.

Аналіз отриманих даних

На звуковій доріжці запису виділіть ділянку утворення звуку. Використовуючи інструмент збільшення, розтягніть цю ділянку до максимального вигляду. На екрані ви побачите два-три піки, розташовані на однаковому часовому інтервалі один від одного – це початковий та відбитий звук. Знову використовуючи інструмент виділення, виділіть ділянку між початком вхідного звуку та початком луни.

У нижній частині вікна програми зчитайте час t1 між виділеним піками з точністю до 0,001 с.

Повторіть дії з іншими піками на запису та розрахуйте середнє значення часу tc. Розрахуйте значення швидкості поширення звукової хвилі, використовуючи вираз:

. Зробіть висновок.

Напрями розвитку

Використовуючи описаний метод, розрахуйте швидкість поширення звуку за різних температур. Робота виконана з використанням ресурсу: www.instructables.com/id/Determine-the-Speed-of-Sound/