Doświadczenie: prędkość dźwięku

>> Dźwięk: jest to fala akustyczna rozchodząca się w danym ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie lub gazie) zdolna wytworzyć wrażenie słuchowe, które dla człowieka zawarte jest w paśmie między częstotliwościami granicznymi od ok. 16 Hz do 20 kHz.
W potocznym znaczeniu dźwięk to każde rozpoznawalne przez człowieka pojedyncze wrażenie słuchowe.
Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości;
Głośność dźwięku zależy od natężenia;
Barwa odróżnia dźwięki w zależności od pochodzenia;

>> Fala akustyczna: polega na rozchodzeniu się zaburzeń gęstości ośrodka. Źródłem dźwięków słyszalnych są wszystkie ciała drgające, które mają dostateczną energię, aby wywołać w naszym uchu najsłabsze wrażenia słuchowe.

>> Prędkość: jest to wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę wektora położenia w jednostce czasu lub skalarna wielkość oznaczająca przebytą drogę w jednostce czasu lub tylko wartość prędkości zwana przez niektórych szybkością.
v=s/t
Oznaczenia
v – prędkość
s – droga
t – czas

>>Prędkość dźwięku: w określonym ośrodku jest prędkością rozchodzenia się w nim zaburzenia mechanicznego.
Prędkość dźwięku w substancjach zależy od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji prędkości cząsteczek zwiększonej ciśnieniem dźwięku.
W powietrzu w temperaturze 15°C przy normalnym ciśnieniu prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 343 m/s. Prędkość ta zmienia się przy zmianie parametrów powietrza. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku jest temperatura,
w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność powietrza, nie zauważa się wpływu ciśnienia.

>> Opis doświadczenia

Potrzebne rzeczy
-miarka
-wolna przestrzeń
-stoper
-przyrządy do notatek

Warunki doświadczenia
temperatura: 10oC
ciśnienie: 1009hPa
mały wiatr
opady: mżawka

W niedzielny poranek wybraliśmy się na łąkę by przeprowadzić doświadczenie. Michał stanął w charakterystycznym miejscu, obok krzewu i był naszym „punktem zero”. Od miejsca jego postoju zaczęłyśmy odmierzać 250m – przy użyciu 30m miarki z centymetrową podziałką oraz, by nasz pomiar był dokładny, staraliśmy się odkładać miarkę równolegle do stojącego obok ogrodzenia.
Pomiar rozpoczęliśmy przez nadanie sygnału wzrokowego – pomachania parasolką (by Michał włączył stoper), które było równoczesne z nadaniem sygnału głosowego – krzykiem Pauliny. Gdy dźwięk przemierzył dzielącą nas odległość Michał wyłączał stoper oraz notował wyniki.
Czynność powtórzyliśmy 10 razy.

>> Wyniki i niepewność pomiarowa
Numer pomiaru czas – t [s]
1 0,98
2 0,91
3 0,94
4 0,96
5 0,95
6 0,93
7 0,96
8 0,98
9 0,97
10 0,99

∆s=20cm=0,2m

s=250,0±0,2m

∆t=0,04s

t_śr=0,957s

∆v/v_śr =∆s/s_śr +∆t/t_śr

∆v/v_śr =0,2m/250m+0,04s/0,957s

(0,0008+0,041797283=0,042597283)

0,042597283≈4% (względna niepewnośc pomiarowa)

∆v/v_śr =0,042597283

v_śr=250m/0,957s=261,2330199m/s

∆v=261,2330199 m/s ×0,042597283

∆v=11,12781692m/s≈11 m/s (bezwzględna niepewnośc pomiarowa)

>> Wnioski
- nasz błąd pomiarowy jest mniejszy niż 10% (4%<10%)

- biorąc pod uwagę niesprzyjające warunki meteorologiczne, które mają wpływ na prędkość dźwięku nasz wynik wydaje się być bardzo poprawny, co świadczy o dokładności naszego doświadczenia

v=261,2330199 m/s