thực tập vật lí bài 3

BÁO CÁO THỰC TẬP VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
BÀI 3: XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ VÀ HỆ SỐ xx =CP/CV
Sv: Trần Quốc Đạt
Trường : ĐH CÔNG NGHỆ - ĐHQG HÀ NỘI
Phòng thí nghiệm đại học khoa học tự nhiên.
Giảng viên kí và nhận xét:
I.
MỤC ĐÍCH
Khảo sát quá trình truyền song âm trong không khí. Bằng cách thiết lập song
đứng trong một ống kín, ta có thể xác định vận tốc truyền âm, tư đó xác định chỉ số
đoạn nhiệt xx
II.
LÝ THUYẾT
Một môi trường có thể truyền loại song này hay loại song khác, điều đó phụ thuộc
vào tính chất đàn hồi của môi trường.
Ta hãy tìm phương trình song âm trong một trong một cột không khí của một
ống dài. Xét một yếu tố hình trụ dài dx, độ biến dạng tương đối của đầu x là:
theo định luật hookes ta có:
F1 = SE
xxxx
xxxx
xxxx
xxxx
⃒x.
⃒x
trong đó E gọi là suất đàn hồi hay suất young.
Tương tự ở đầu x + dx ta có:
F2 = SE
xxxx
xxxx
⃒x+dx

Hợp lực tác dụng lên yếu tố đang xét là:
F2 - F1 = SE
(
xxxx
xxxx
⃒
x+dx
-
xxxx
xxxx
⃒
x
) = SE
xx2 xx
xxxx 2
dx
xx2 xx
xxxx 2
xx2 xx
xxxx 2
xx2 xx
xxxx 2
(1)
Hợp lực này truyền cho yếu tố một gia tốc
Theo định luật newton thứ 2 ta có: F2 - F1 = SE dx =xxxx (2)
Trong đó Sdx là thể tích của yếu tố, xx là khối lượng riêng của không khí.
Từ đó suy ra:
xx2 xx
xxxx 2
xx

1 xx2 xx
xx 2 xxxx 2
= (3)
Trong đó v = √ là vận tốc truyền song âm.
xx
Phương trình (3) được gọi là phương trình vi phân của song âm, nghiệm của nó là
một hàm theo không gian và thời gian và có dạng:
Y(x,t) = y0sin2xx( ± )
xx ƛ
xx xx
Với chu kì T và bước song ƛ
Trong đó vận tốc chuyền song xx = = ƛ. xx;
xx
ƛ
f=
1
xx
là tần số song.
Trong quá trình chuyền song âm không khí bị dãn nhanh đến mức có thể coi
là đoạn nhiệt. tính toán cho thấy vận tốc truyền song âm liên quan tới chỉ số đoạn
nhiệt xx = Cp/Cv bằng biểu thức:
xx = √xx
xxxx
xx
(5)
Trong đó R là hằng số khí lý tưởng R = 8,314 J/molK. T là nhiệt độ không khí, M
là khối lượng của 1 mol không khí M = 0,0288kg/mol.
Như vậy nếu xác định được vận tốc truyền âm trong không khí v ta có thể
tính được xx của không khí.
Để xác định v ta sử dụng phương pháp tạo song đứng nhử sau:

Nếu ống kín 2 đầu thì song âm được phản xạ ở các đầu sự giao thoa của các song
truyền theo các chiều ngược nhau xẽ tạo ra song đứng, tuy nhiên do phản xạ nhiều
lần ở các đầu nên tổng hợp sẽ có dạng rất phức tạp. trong trường hợp chiều dài của
ống L = n ƛ/2 thì ta quan sát thấy hiện tượng cộng hưởng.
nếu chiều dài ống L là cố định thì bằng cách thay đổi tần số f ta sẽ thay đổi được
bước song, khi đó có thể nhận được liên tiếp các cộng hưởng sao cho
ƛxx =
2xx
xx
2xx
xx
2xx 2xx
xx+xx
; ƛxx+1 =
2xx
xx+1
; … ƛxx+xx = ;
Vì v = ƛf nên: v = ƛxx fn = ƛxx+xx fn+k
v=
x
hay
fn =
xxxx
xxxx+xx −xxxx
xx
2xx
xx+xx
fn+k
(6)
(7)

n=k
xxxx+xx = k + fn
bằng cách vẽ đồ thị phụ thuộc fn+k vào số lần cộng hưởng k, từ đó xác định c theo
xx
công thức tg =∝
2xx
III.
IV.
DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Một ống nhựa gắn trên 1 thanh ray (hình 2)
2. Một lao để phát ra âm
3. Một microphone (M) dung để nhận tín hiệu âm.
THỰC HÀNH
1. Kiểm tra để loa và microphone sát 2 đầu ống, mắc mạch điện như
hình 2.
2. Thay đổi tần số máy phát âm tần trong khoảng 1000 – 5000 hz. Xác
định các tần số liên tiếp ứng với thời điểm hình thành song đứng. khi
song đứng được tạo thành . ghi kết quả vào bảng 1 lặp lại phép đo 3
lần.
3. Lắp ống gắn trên giá và lặp lại các phép đo trên. Kết quả ghi vào
bảng.
4. Dung thước đo chiều dài ống.
Bảng 1:
Số lần
Fn+k n
n+1
n+2
n+3
n+4
n+5

n+6
n+7
n+8
n+9
n+10
n+11
n+12
n+13
n+14
n+15
n+16
n+17
n+18
n+19
Lần 1
1.16
1.35
1.55
1.75
1.95
2.15
2.35
2.53
2.74
2.94
3.14
3.34
3.53
3.73
3.92

3.12
4.32
4.55
4.76
4.95
Lần 2
1.15
1.35
1.56
1.75
1.95
2.15
2.35
2.54
2.75
2.94
3.14
3.34
3.54
3.73
3.92
4.13
4.32
4.56
4.77
4.96
Lần 3
1.16
1.35
1.55

1.75
1.95
2.15
2.35
2.54
2.74
2.95
3.14
3.34
3.54
3.73
3.92
4.12
4.32
4.56
4.77
4.96
kq
1.157±0.004
1.350±0.000
1.553±0.004
1.750±0.000
1.950±0.000
2.150±0.000
2.350±0.000
2.537±0.004
2.743±0.004
2.943±0.004
3.140±0.000
3.340±0.000

3.537±0.004
3.730±0.000
3.920±0.000
3.790±0.447
4.320±0.000
4.557±0.004
4.767±0.004
4.957±0.004
Bảng 2: chiều dài ống
Lần đo
1
2
3
l
V.
XỬ LÍ SỐ LIỆU
1. Vẽ đồ thị phụ thuộc của f vào k
F(hz)
l(m)
0.9060 ±0.0005
0.9060 ±0.0005
0.9060 ±0.0005
0.9060 ±0.0005
đồ thị phụ thuộc của f vào k
6000
5000
4000
3000
2000
1000

0
0 5 10 15 20
đồ thị phụ thuộc của f
vào k
y = 199.42x + 1149.2
k
Từ đồ thị trên ta có phương trình đường thẳng qua tất cả các điểm thực nghiệm
y = 199.42x + 1149.2
Đường thẳng có độ dốc làtgα = v/2L = 199,42
x
x
v = 361,5 ± 0,2(m/s)
x Tính tỉ số đoạn nhiệt xx =CP/CV
theo công thức 5 ta có v = √xx
xxxx
xx
( với R = 8.314 J/molK, M = 0.0288 kg/mol, T là nhiệt độ không khí)
=> xx = v2.
xx
xxxx
= 1.5077 ± 0.002
Nhận xét:
ở điều kiện nhiệt độ bình thường khoảng 210c thì theo lý thuyết vận tốc âm thanh
vào khoảng 344 m/s
trong thực nghiệm ta tính được vận tốc truyền âm là v = 361,5 ± 0,2(m/s)