Описание установки
Оборудование: установка для измерения скорости звука методом соударения стержней, цифровой осциллограф Tektronix TDS1012, набор стержней различной длины из различных металлов, низковольтный источник постоянного тока (элемент 1,5 В), пьезодатчик.
Рис. 2 Схема установки эксперимента.
Схема установки по измерению скорости звука методом соударения стержней представлена на рис. 2.
Стержни L1 и L2 подвешены на гибких подвесах (нитях), обеспечивающих их горизонтальную подвижность вдоль общей оси, но препятствующей параллельному смещению осей относительно друг друга (для обеспечения центрального удара).
На левом конце стержня L1 закреплён пьезодатчик D, сигнал с которого поступает на вход K2 осциллографа.
Правый конец стержня L2 через последовательно включённую батарею ИП подключен ко входу канала К1 осциллографа. Но сигнал на этот вход поступает лишь в течение того времени T, когда стержни L1 и L2 соединены между собой. Напомним, что стержни металлические и лишь при их контакте второй полюс источника «–» через них и общую шину поступает на заземленный вход осциллографа (общий для каналов К1, К2 и для ИП и D).
Осциллограф установлен в режим запуска развёртки сигналом, поступающим на вход канала К1. В данном режиме условием появления сигнала на экране осциллографа является появление на заданном входе осциллографа сигнала по характеру (возрастающий, спадающий, импульс и т. п.) и амплитуде (или длительности) соответствующий условию запуска, заданному экспериментатором.
Результаты измерений
В данном разделе приведены первичные необработанные данные.
В таблице 1 представлено время соударения стержней из данного материала, с данными длинами, определенное при помощи цифрового осциллографа, в соответствии с описанной установкой.
|
Табл. 1 Определение скорости звука по времени соударения стержней | ||||
|
Материал 1 |
Длина 1, м |
Время соударения, мкс |
Материал 2 |
Длина 2, м |
|
Алюминий |
0,405 |
336 |
Латунь |
0,5 |
|
|
|
368 |
|
|
|
|
|
440 |
|
|
|
Алюминий |
0,405 |
320 |
Алюминий |
0,405 |
|
|
|
228 |
|
|
|
|
|
304 |
|
|
|
Алюминий |
0,405 |
372 |
Сталь |
0,45 |
|
|
|
324 |
|
|
|
|
|
364 |
|
|
|
Латунь |
0,5 |
328 |
Сталь |
0,45 |
|
|
|
344 |
|
|
|
|
|
348 |
|
|
|
Медь |
0,6 |
352 |
Сталь |
0,45 |
|
|
|
332 |
|
|
|
|
|
336 |
|
|
|
Медь |
0,6 |
396 |
Латунь |
0,5 |
|
|
|
408 |
|
|
|
|
|
380 |
|
|
В таблице 2 представлено время прохождения звука по стержню из данного материала, данной длины. Прохождение волны по стержню регистрировалось пьезодатчиком и выводилось на экран цифрового осциллографа, откуда мы считывали результат.
|
Табл. 2 Время прохождения звука по разным стержням | ||
|
Материал |
Длина,м |
Время прохождения, мкс |
|
Алюминий |
0,405 |
80 |
|
76 | ||
|
84 | ||
|
80 | ||
|
82 | ||
|
80 | ||
|
Сталь |
0,45 |
92 |
|
88 | ||
|
68 | ||
|
84 | ||
|
88 | ||
|
80 | ||
|
Латунь |
0,5 |
168 |
|
150 | ||
|
172 | ||
|
160 | ||
|
164 | ||
|
152 | ||
|
Медь |
0,6 |
160 |
|
150 | ||
|
148 | ||
|
144 | ||
|
152 | ||
|
160 | ||