Оборудование:
Подключите микрофоны через звуковые карты к компьютеру. Запустите программу "GetMic.bat".
В этой программы вы можете с помощью кнопки «Record» сделать запись звука с обоих микрофонов, т.е. зависимость добавочного давления $\Delta p$ в месте, где находится микрофон, от времени $t$. С помощью кнопки «Acquire» вы можете уже сделанную запись сгладить. Значение $\Delta p = 0$, когда давление равно атмосферному $p_0=101~кПа$. Показания микрофонов выдаются в единицах пропорциональных давлнию: $1~\mathrm{a.u.} = 2~мПа$
Если при обоих подключенных микрофонах горит надпись DEVICE NOT OK то переподключите звуковые карты и микрофоны в них. Если это не решило проблему, то позовите жюри.
Для того, чтобы скопировать координаты, точки на графике, где вы находитесь курсором, нажмите правую кнопку мыши.
Между временем срабатывания микрофонов существует задержка в несколько миллисекунд, которая меняется по ходу записи сигнала. Чтобы исключить влияние этого фактора, будем выполнять все измерения по следующей схеме:
Указания по обработке даннных.
У всех графиков должны быть подписаны оси. Все столбцы во всех ваших таблицах должны быть подписаны и в файле и в листах ответов.
Обработка и хранение данных будут производиться с помощью MS Excel. Все измеряемые величины вы можете сразу записывать в электронные таблицы. Для того чтобы жюри могло корректно проверить вашу работу, называйте файлы строго так, как указано в условии.
На рабочем столе вашего компьютера находится папка «S2». В ней находится файл «explosion.mp4» и папка с названием «First Name Last Name». Вам необходимо переименовать папку, чтобы она содержала ваше фамилию и имя, иначе работа не будет проверена!!!
После того как вы переименовали папку, откройте её. В ней содержатся подпапки с номерами пунктов, к которым они относятся, а также файл «Report.docx». Не меняйте имена подпапок и файла «Report.docx»!
В подпапке пункта необходимо сохранять все измерения и файлы решения.
Все измеренные данные должны быть оформлены по этому шаблону, названы «MesX.xlsx», где $X$-номер пункта, и сохранены в папку этого пункта. (Например, для пункта A1 файл с исходными измерениями должен называться «MesA1.xlsx»)
Графики с неподписанными осями НЕ БУДУТ оцениваться!
Во всех файлах с таблицами должны содержаться комментарии к тому, что происходит и вычисляется в каждом столбце. Эти же комментарии должны быть записаны в листы ответов к соответствующему пункту. Файлы решения должны быть названы «SolX.xlsx», где $X$-номер пункта, и сохранены в папку этого пункта. (Например, для пункта A2 файл решения должен называться «SolA2.xlsx»)
Ближний микрофон должен находиться на расстоянии $L_0=3~см$ от взрыва.
Cделайте 15 измерений для разных $L$
Результаты прямых измерений сохраните в файле «MesA1.xlsx».
При достаточно больших $L$ к дальнему микрофону ударная волна от взрыва уже значительно рассеивает свою энергию, и превращается в обычную звуковую, которая распространяется со скоростью $c$.
Скопируйте данные из «MesA1.xslx» в файл «SolA2.xlsx» и сделайте необходимую обработку в файле «SolA2.xlsx» . Если для обработки использовался график, скопируйте его в файл «Report.docx»
Результаты прямых измерений сохраните в файле «MesA3.xlsx».
Необходимую обработку выполните в файле «SolA4.xlsx». Итоговый график скопируйте в файл «Report.docx».
Теперь определим энергию выстрела
Нажмите кнопку «Acquire» и получите на экране сглаженную зависимость $p(t)$ для взрыва. Перенесите 15 точек с этой кривой в файл «MesA5.xlsx».
Волны в воздухе являются быстрым процессом и процессы, происходящие с воздухом, являются адиабатическими, т.е. $pV^\gamma=\mathrm{const}$. Показатель адиабаты $\gamma=1.4$ для воздуха.
Энергия сжатия волны в воздухе:
\[ E = \int \frac{\Delta p^2}{2 \rho_0 c} dV,\]где $\rho_0$ - плотность воздуха при атмосферном давлении. Температура в помещении $T_0=300~К$, газовая постоянная $R=8.314~Дж/(моль \cdot К)$
Одна тонна TNT эквивалента $4.184~ГДж$
Необходимую обработку выполните в файле «SolA7.xlsx». Итоговый график скопируйте в файл «Report.docx».
Если аппроксимировать взрыв c энергией $E$ сферической ударной волной, то её радиус из размерных соображений будет зависеть от времени как
\[ R(t) = S \rho^\alpha E^\beta t^\gamma,\]где $E$ - энергия взрыва, $\rho_0$ - плотность воздуха при атмосферном давлении. Величину безразмерного коэффициента $S$ обычно берут равной единице.
Посмотрите нарезку видео «Explosion.mp4» взрыва в Бейруте 4 августа 2020 года.
Используйте большое белое здание, находящееся непосредственно рядом со взрывом, в качестве линейки. Его параметры приведены на фотографии, данные приведены в метрах.
Результаты прямых измерений сохраните в файле «MesB2.xlsx».