1. Методика измерений

Столкнув два металлических стержня, у одного из которых к свободному концу подведено напряжение, а у другого - присоединен пьезодатчик. Измеряем время прохождение звуковой волны по стержню. Каждый из свободных концов стержней подключен к отдельному входу осциллографа, благодаря чему можно наблюдать разницу во времени между столкновением и моментом «прихода» волны от удара на пьезодатчик. Эта разница и будет временем прохождения звука в исследуемом металле.

Можно считать, что при центральном ударе звук проходит длину стержня за кратчайший промежуток времени. Однако, основной проблемой в данном эксперименте, как раз является нецентральный удар, при котором возникают дополнительные поперечные колебания, увеличивающие время прохождения волны через стержень.

2. Описание установки

Основные элементы, необходимые для исследования:

1. Набор стержней (алюминиевый, стальной, латунный, медный)

2. Осциллограф Tektronix TDS1012

3. Пьезодатчик

4. Экспериментальная установка с гибкими подвесами (нитями), обеспечивающая горизонтальную подвижность стержней общей оси, но препятствующая параллельному смещению осей относительно друг друга (для обеспечения центрального удара)

5. Набор проводов

6. Плоская батарея.

Так выглядит установка:

Рис.2 Экспериментальная установка.

3. Результаты измерений

В ходе работы были получены следующие результаты.

Таблица 1. Время прохождения звуковой волны по стержню.

Материал	Алюминий						Сталь
Время прохождения звуковой волны, мкс	80	76	84	80	82	80	92	88	68	84	88	80
Материал	Латунь						Медь
Время прохождения звуковой волны, мкс	168	150	172	160	164	152	160	150	148	144	152	160

Таблица 2. Время соударения стержней.

Материал 1	Длина 1, м	Материал 2	Длина 2, м	Время соударения, мкс
Алюминий	0,405	Латунь	0,5	336
				368
				440
	0,405	Алюминий	0,405	320
				228
				304
	0,405	Сталь	0,45	372
				324
				364
Латунь	0,5	Сталь	0,45	328
				344
				348
Медь	0,6	Сталь	0,45	352
				332
				336
	0,6	Латунь	0,5	396
				408
				380

2. Анализ результатов

   1. Обработка результатов

Как было сказано выше, скорость звука в стержнях можно посчитать двумя различными способами (зная величину времени прохождения звуковой волны по стержню и величину времени соосного соударения стержней):

1. ; .

Для того чтобы рассчитать среднюю скорость в металле, необходимо узнать среднее время прохождения звука по стержню №2 или среднее время соударения. Среднее время рассчитывается по формуле:

2. , где n - число измерений.

Тогда получим:

Таблица 3.Среднее значение времени прохождения.

Материал	Среднее значение времени прохождения звука, мкс
алюминий	80
сталь	83
латунь	161
медь	152

Таблица 4. Среднее значение времени соударения стержней

Материал 1	Материал 2	Среднее время соударения, мкс
Алюминий	Латунь	381
Алюминий	Алюминий	284
Алюминий	Сталь	353
Латунь	Сталь	340
Медь	Сталь	340
Медь	Латунь	395

Более точный результат дает измерение скорости звуковой волны в стержне по формуле:

_.

Таблица 5. Результаты измерения скорости звука в стержне по времени прохождения звуковой волны.

Материал	Скорость звука по времени прохождения звука, м/с	Табличные значения
Алюминий	5000	5080
Сталь	5400	5050
Латунь	3106	3490
Медь	3939	3710

3. Таблица 6. Результаты измерения скорости звуковой волны в стержне по времени соударения.

Материал	Скорость звука по времени соударения стержней, м/с	Табличные значения
Алюминий	2852	5080
Сталь	2547	5050
Латунь	2622	3490
Медь	3041	3710

Заметим, что для измерения звуковой волны по времени соударения результаты сильно отличаются от табличных значений. Это можно объяснить промахами экспериментатора.