Logo
Logo

Измерение скорости звука в дереве

A1  0.50 Получите стабильную картинку на экране осциллографа в триггерном режиме «Авто» по первому каналу (каналу, подключенному к передатчику). Изменяя частоту генератора, наблюдайте за изменением амплитуды сигнала, поступающего с приемника. Определите с точностью до третьего знака значение частоты генератора, при которой сигнал на приемнике максимальный.

Ответ: \[\nu=25.2~кГц\]
A2  1.40 По величине этого смещения определите длину упругой волны, созданной передатчиком в воздухе. Используйте для измерений не менее 5-ти точек.

Измерения и обработка:

$t,~мкс$018.1032.2642.5056.70
$L,~мм$510152025

Наклон графика:\[k=2.8\pm 0.2~\frac{мкс}{мм},\]откуда:\[\lambda=\frac{T}{k}=\frac{1}{k\nu}=1.42\pm0.08~см.\]

Ответ: \[\lambda=1.42\pm0.08~см\]
A3  0.60 Какой формулой связаны частота и длина волны гармонического звукового сигнала? Рассчитайте скорость звука в воздухе по полученным данным.

Формула расчета:

Ответ: \[v=\frac{c}{\lambda}=\frac{1}{k}\]

Скорость звука в воздухе:

Ответ: \[c=357\pm25~\frac{м}{с}\]
A4  1.00 Зарисуйте пять принципиальных типов картин, получающихся на экране, и укажите разности фаз между сигналом от приемника и от передатчика, подходящие этим типам картин.

Ответ:
\[\varphi\]\[Картина\]
\[0\]
\[\pi\]
\[\frac{\pi}{2},\ \frac{3\pi}{2}\]
\[0< \varphi < \frac{\pi}{2}\\ \frac{3\pi}{2}< \varphi < 2\pi\]
\[\frac{\pi}{2}< \varphi < \pi\\\pi< \varphi <\frac{3\pi}{2}\]
B1  0.40 Зарисуйте в листе ответов характерный вид принятого сигнала в масштабе, когда задержка между фронтом сигнала на передатчике и началом сигнала на приемнике составляет порядка $1/3$ ширины экрана осциллографа. Укажите на рисунке положение вертикального фронта сигнала на передатчике. Увеличьте расстояние между источником и приемником до $10~см$. Зарисуйте характерный вид нового сигнала на приемнике в том же масштабе по вертикальной и горизонтальной оси, стараясь отобразить основные изменения второй осциллограммы по сравнению с первой.

Ответ:
Ответ:
B2  1.80 Измерьте зависимость времени задержки от расстояния между передатчиком и приемником c помощью режима «КУРСОРЫ» осциллографа. Измерьте время задержки для не менее чем 7-ми расстояний между приемником и передатчиком. Постройте график измеренной зависимости, определите по этому графику скорость распространения звука в воздухе в вашей комнате. Определите собственное время задержки между сигналами на передатчике и приемнике (то есть время задержки при нулевом расстоянии между краями резонаторов приемника и передатчика).

Измерения:

Ответ:
$\Delta t,~мс$358328302272244216188158132106
$x,~мм$100908070605040302010
Ответ:

Значение скорости звука:

Ответ: \[c=333\pm27~\frac{м}{с}\]

Значение собственного времени задержки:

Ответ: \[\Delta t_0=75\pm5~мс\]
B3  1.60 Меняя отрезки линейки, измерьте зависимость времени задержки от длины отрезка деревянной линейки. Постройте график этой зависимости. Определите по нему скорость распространения звука в линейке и собственное время задержки между сигналами на приемнике и передатчике.

Измерения:

Ответ:
$t,~мс$77.261.855.447.642.2
$l,~мм$2361301137040
Ответ:

Значение скорости звука:

Ответ: \[c=5500\pm380~\frac{м}{с}\]

Значение собственного времени задержки:

Ответ: \[\Delta t_0=34\pm2~мс\]
B4  2.70 Измерьте и запишите диаметр деревянной заготовки. Установите деревянную заготовку на подставке между приемником и передатчиком. Плотно, но аккуратно прижмите к заготовке приемник и передатчик в диаметрально противоположных точках напротив угловых отметок $(0,0)$. Измерьте зависимость времени задержки между фронтом сигнала на передатчике и первым пиком сигнала на приемнике от угла поворота заготовки. Измерения проведите, поворачивая заготовку каждый раз на $15^\circ$ в интервале от $0^\circ$ до $180^\circ$. Запишите формулу для расчета скорости звука в заготовке, считая, что собственное время задержки совпадает с величиной, измеренной в пункте B3. Определите скорость звука для разных направлений его распространения в деревянной заготовке. Постройте график зависимости скорости звука от угловой координаты. Укажите минимальную и максимальную скорость распространения звуковых волн в заготовке. Каким направлениям – «вдоль волокон древесины» или «поперек волокон древесины» – соответствуют эти скорости?

Диаметр заготовки:

Ответ: \[D=100\pm1~мм\]

Измерения:

Ответ:
$v,~м/с$196127031471153818352740
$\Delta t,~мс$86.072.0103.0100.089.571.5
$\varphi,~{}^{\circ}$01530456075
       
$v,~м/с$526346511754163915151389
$\Delta t,~мс$54.056.592.096.0101.107.0
$\varphi,~{}^{\circ}$90105120135150165
Ответ:

Формула для расчета скорости звука:

Ответ: \[v=\frac{D}{\Delta t-\Delta t_0}\]
Ответ: Максимальная скорость звука $5300~м/с$ вдоль волокон древесины

Минимальная скорость звука $1200~м/с$ поперек волокон древесины