Πώς διερευνάτε την ταχύτητα του ήχου;
Κατανόηση της έννοιας
* Ήχος ως κύμα: Ο ήχος ταξιδεύει ως μηχανικό κύμα, που σημαίνει ότι χρειάζεται ένα μέσο (όπως ο αέρας, το νερό ή τα στερεά) για να διαδοθεί. Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από τις ιδιότητες αυτού του μέσου.
* ταχύτητα ήχου (v): Αυτός είναι ο ήχος απόστασης ταξιδεύει σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Η τυπική μονάδα είναι μετρητές ανά δευτερόλεπτο (m/s).
Μέθοδοι για τη διερεύνηση της ταχύτητας του ήχου
1. Μέθοδος Echo (Simple &Classic)
* Αρχή: Ο ήχος αντανακλά μια επιφάνεια (όπως ένας τοίχος). Με τη μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται για να ταξιδέψει ο ήχος στην επιφάνεια και την πλάτη, μπορούμε να υπολογίσουμε την ταχύτητα.
* Διαδικασία:
* Βρείτε μια μεγάλη, επίπεδη επιφάνεια (τοίχο, κτίριο).
* Μετρήστε την απόσταση (D) από τον εαυτό σας στην επιφάνεια.
* Χτυπήστε τα χέρια σας ή κάντε έναν απότομο ήχο.
* Χρόνος πόσο καιρό χρειάζεται για να επιστρέψει η Echo (t).
* Υπολογισμός: v =2d / t (ο ήχος ταξιδεύει στην επιφάνεια και την πλάτη, οπότε διπλασιάζουμε την απόσταση)
2. Μέθοδος σωλήνα συντονισμού (πιο ακριβής)
* Αρχή: Τα ηχητικά κύματα αντηχούν μέσα σε ένα σωλήνα, δημιουργώντας σταθερά κύματα σε συγκεκριμένες συχνότητες. Με τη μέτρηση των μήκους του σωλήνα που παράγουν συντονισμό, μπορούμε να προσδιορίσουμε την ταχύτητα του ήχου.
* Διαδικασία:
* Χρησιμοποιήστε ένα μακρύ σωλήνα (π.χ. ένας βαθμολογημένος κύλινδρος).
* Γεμίστε το σωλήνα με νερό, ρυθμίζοντας τη στάθμη του νερού.
* Χρησιμοποιήστε ένα πιρούνι συντονισμού γνωστής συχνότητας (F).
* Χτυπήστε το πιρούνι συντονισμού και κρατήστε το πάνω από το ανοιχτό άκρο του σωλήνα.
* Ρυθμίστε τη στάθμη του νερού μέχρι να ακούσετε έναν δυνατό συντονισμό (ο ήχος ενισχύει).
* Μετρήστε το μήκος (L) της στήλης αέρα στον σωλήνα με συντονισμό.
* Υπολογισμός: V =2FL (το μήκος της στήλης αέρα αντιστοιχεί σε ένα τέταρτο μήκος κύματος του ηχητικού κύματος)
3. Ψηφιακό παλμογράφο και μικρόφωνο (προχωρημένο)
* Αρχή: Χρησιμοποιήστε ένα μικρόφωνο για να συλλάβετε ένα ηχητικό κύμα και ένα παλμογράφο για να το εμφανίσετε ψηφιακά. Αυτό επιτρέπει την ακριβή μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται για τον ήχο να ταξιδέψει σε μια γνωστή απόσταση.
* Διαδικασία:
* Ρυθμίστε ένα μικρόφωνο σε μια γνωστή απόσταση (D) από μια πηγή ήχου.
* Δημιουργήστε έναν αιχμηρό ήχο χρησιμοποιώντας ένα ηχείο, χτυπήματα ή άλλη πηγή.
* Συνδέστε το μικρόφωνο σε ψηφιακό παλμογράφο.
* Μετρήστε το χρόνο (t) χρειάζεται για να ταξιδέψει το ηχητικό κύμα από την πηγή στο μικρόφωνο.
* Υπολογισμός: v =d / t
Σημαντικές εκτιμήσεις:
* Θερμοκρασία: Η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Θα πρέπει να μετρήσετε τη θερμοκρασία του αέρα για ακριβή αποτελέσματα.
* υγρασία: Η υψηλότερη υγρασία αυξάνει ελαφρώς την ταχύτητα του ήχου.
* Πίεση αέρα: Η υψηλότερη πίεση επίσης αυξάνει ελαφρώς την ταχύτητα του ήχου.
* Ακρίβεια: Η μέθοδος ECHO είναι γενικά λιγότερο ακριβής από τις μεθόδους συντονισμού ή ψηφιακού παλμογράφου.
Παράδειγμα:
Ας πούμε ότι χρησιμοποιείτε τη μέθοδο Echo και μέτρηση:
* Απόσταση από τον τοίχο (d) =10 μέτρα
* Ώρα για να επιστρέψει η Echo (t) =0,058 δευτερόλεπτα
Χρησιμοποιώντας τον τύπο V =2D / T:
* V =(2 * 10 μέτρα) / 0,058 δευτερόλεπτα
* V ≈ 344,8 m/s (που είναι κοντά στην ταχύτητα του ήχου σε αέρα σε θερμοκρασία δωματίου)
Χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους και κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν την ταχύτητα του ήχου, μπορείτε να διερευνήσετε και να καθορίσετε αυτή τη σημαντική φυσική ιδιοκτησία.
