Второй метод измерения (методика по прохождению волны)

Введение

Цель работы: измерение скорости звука в металлах разными способами, обработка результатов, их сравнение и оценка допускаемых погрешностей.

Скорость звука будем определять методом соударения стержней, где выделим два способа. Первый способ: по времени прохождения волны сжатия-разряжения по стержню. Второй способ: по времени соударения стержней.

Описание эксперимента

Для проведения эксперимента собираем установку (см. «Описание установки») и производим ее настройку: обеспечиваем соосность расположения стержней и возможность их центрального соударения, подбираем режимы работы осциллографа (необходимую чувствительность по входам CH1 и CH2, длительность развертки, время опережения). Далее при помощи установки производим измерения времени соударения и времени распространения звука по различным металлическим стержням (медь, латунь, алюминий, сталь). По полученным результатам определяем скорость звука, вносим в таблицу, оцениваем случайные и систематические погрешности измерений. Сравниваем со справочным значением соответствующе скорости.

Методика измерений

Первый метод измерения (контактный метод)

В данной работе скорость звука в металлических стержнях измеряется как скорость распространения упругого ударного возмущения вдоль стержней. При соударении двух стержней разной длины с момента начала соударения до момента отрыва волна сжатия-растяжения проходит дважды по более длинному стрежню, поэтому, зная время контакта стрежней, можно легко определить скорость волны по формуле

(1),

где L₁ наибольшая из длин стержней. Данная формула верна для стержней из одного материала, одного сечения, но разной длины, в нашем же распоряжении есть только пять стержней разной длины, каждый из которых из разного материала, поэтому достоверность формулы в нашем случае предстоит проверить опытным путем

Второй метод измерения (методика по прохождению волны)

Также можно напрямую фиксировать время прохождения волны через стержень при помощи пьезодатчика, и определить скорость волны по формуле

(2),

где L длина стержня с пьезодатчиком.

Поскольку в нашем распоряжении находится цифровой осциллограф, это позволяет наблюдать на экране изменения сигналов обоих каналов, происходящие до поступления на вход CH1 сигнала к запуску.

Рис. 1 Вид осциллограммы

На рис. 1 представлен примерный вид осциллограммы, получающейся в экспериментах по соударению стержней.

Таким образом, мы имеем возможность измерять скорость распространения звука в стержнях двумя способами:

– через время Δ t соударения стержней,

– через время δ t распространения звука по более длинному стержню L1.

В работе предполагается провести все необходимые измерения и сравнить между собой значения скорости звука, вычисленные по формулам (1) и (2).

Дата добавления: 2015-11-30