Задача 13. «Скорость звука» Докладчик: Самунь Виктор Специализированный учебно-научный центр Уральского Государственного Университета им. А.М.Горького

Формулировка задачи С помощью света измерьте скорость распространения звука в жидкостях.

Измерение скорости звука на Женевском озере Впервые скорость звука была измерена на Женевском озере в 1827г. Ж. Колладоном и Я. Штурмом. Они получили значение 1435 м / с Схема эксперимента приведена на рисунке.

Получение синхронных импульсов звука и света Способ 1 (на транзисторе КТ315): GB1 – гальванический элемент (9В); S1 – выключатель; R1 – резистор; C1 – конденсатор (100 Ф 16В); VT1 – транзистор КТ315, работающий в лавинном режиме; VD1 – светодиод (красный сверхяркий типа L7113 SRD-E); ZQ1 – пьезоэлемент (пьезоизлучатель типа ЗП-1) Расчет энергии, запасенной в конденсаторе: Напряжение разряда конденсатора в данной схеме ограничено 1,7В, т.к. светодиод работает в качестве стабилитрона с напряжением стабилизации около 1,7В. Видно, что энергия очень мала, поэтому мы не получили мощный импульс звука и света. Мощный импульс звука необходим, чтобы его можно было зафиксировать датчиком звука.

Получение синхронных импульсов звука и света Способ 2 (разряд высоковольтного конденсатора): Схема генератора импульсов: Схема приемника импульсов: T1 – повышающий трансформатор; VD1 – диод (в качестве выпрямителя); R1, R2 – резисторы; S1 – выключатель; PV1 – вольтметр; C1 – высоковольтный конденсатор (880 Ф 5кВ) VD1 – фотодиод (ФД-320); ZQ1 – пьезоэлемент (ЗП-1) Расчет энергии, запасенной в конденсаторе:

Вид экспериментальной установки Батарея конденсаторов и емкость с жидкостью Параметры конденсаторов

Вид частей экспериментальной установки Емкость и пьезоэлементФотодиод Установка фотодиода Осциллограф Болт

Параметры установки Диаметр емкости: (0,350±0,005)м; Расстояние от звукоизлучателя (болта) до звукоприемника (пьезоэлемента): (0,065 ± 0,005)м; Емкость батареи конденсаторов: (880 ± 10)мкФ; Напряжение на конденсаторах: (500 ± 10)В; Энергия в конденсаторах: 220Дж Типы жидкостей: вода, спирт этиловый, глицерин; Температура: (22 ± 2) о С

Чувствительность датчиков К осциллографу подключен только фотодиод: Вспышка света:

Чувствительность датчиков К осциллографу подключен только пьезоэлемент:

Общий результат: измерение скорости звука в воде Развертка по оси Х: 50 с / дел t = (50 ± 10) с (1 деление) t=L =(1300 ± 300) м / с Пришел свет Пришел звук

Результаты измерений скорости звука в различных средах Вид жидкости Экспериментальный результат Табличное значение Вода(1300 ± 300) м / с 1490 м / с Спирт этиловый 92%(1000 ± 300) м / с 1180 м / с Глицерин(2100 ± 300) м / с 1923 м / с

Пути, позволяющие добиться повышения точности измерений Увеличение расстояния от звукоизлучателя до звукоприемника; Уменьшение емкости конденсатора, чтобы время разрядки было существенно меньше времени прохождения звука; Уменьшение омического сопротивления подводящих проводов; Использование счетчика импульсов вместо осциллографа:

Вывод Предложены и проанализированы способы получения синхронных вспышки света и импульса звука; выбран наиболее подходящий способ; Была измерена скорость звука в различных жидкостях (вода, спирт, глицерин) при температуре (22 ± 2) о С; Предложены пути, позволяющие добиться повышения точности измерений