Cómo medir la velocidad del sonido
Método 1: Después de generar un sonido, no llegará a tus oídos inmediatamente. Generalmente toma un tiempo. Esto es difícil de entender a menos que lo hayas experimentado tú mismo. Por ejemplo: si asiste a una reunión deportiva y se sienta a cierta distancia de la persona que disparó el arma, primero verá el humo que sale del arma y luego escuchará el disparo. Esto se debe a que la luz viaja muy rápido (unos 300.000 kilómetros por segundo), mientras que el sonido viaja mucho más lento (unos 340 metros por segundo). Entonces verás humo saliendo del arma inmediatamente, pero el sonido no se escuchará hasta un rato después. ?
En los primeros días, las armas se usaban para medir la velocidad del sonido. La persona que ayuda debe estar a una distancia medida con una pistola, y la otra persona debe situarse en el origen con un cronómetro. Al ver la señal, los ayudantes dispararon al aire. Tan pronto como la persona en el origen ve las chispas y el humo del arma, presiona el cronómetro y cuando escucha el disparo, presiona el cronómetro nuevamente para detener el cronómetro; El tiempo entre ver la chispa y escuchar el disparo es el tiempo que tarda el sonido en recorrer esa distancia medida. Puedes calcular la velocidad del sonido. Basándote en este principio, también podrías probarlo en futuras competencias deportivas escolares (basta con usar la carrera de 100 metros).
Para medir la velocidad del sonido, necesitas un cronómetro y una cinta. medida. Cuando mida una distancia de 500 metros, sea lo más preciso posible. Usted y sus compañeros de clase están parados en extremos opuestos; sus compañeros de clase sostienen una piedra grande en cada mano (o gongs, tambores o simplemente aplauden; el sonido de las palmas es demasiado bajo y será difícil si la otra parte no puede escucharlo). y obtienes un cronómetro. Mientras gritas "Ve", tu compañero de clase debe levantar la piedra por encima de su cabeza y golpearla lo más fuerte que pueda. ?Tan pronto como veas que las rocas chocan entre sí, pulsa el cronómetro. Cuando escuches el sonido de las rocas chocando, presiona nuevamente el cronómetro para detenerlo. El tiempo se registra en una décima de segundo. Si puedes hacer varios experimentos más, lo mejor sería calcular el tiempo promedio. ?Puedes calcular la velocidad del sonido simplemente usando una computadora para dividir la distancia entre tú y tus compañeros de clase por el tiempo.
Método 2.
Existe otra forma de medir la velocidad del sonido mediante el uso del eco: (
El llamado eco es el proceso de propagación del sonido Al encontrar un obstáculo alto, se refleja hacia atrás, ¿no es cierto que en la televisión (claro que es una exageración), a veces ves a una persona gritando frente a una montaña y puedes escuchar tres, cuatro o incluso cinco ecos? ?
Podemos usar este principio para pararnos lejos de la pared alta (mida la distancia a la pared alta de antemano) y gritar fuerte mientras gritas, presiona el cronómetro. Cuando escuches Presiona el cronómetro. nuevamente cuando escuche su propio eco. De esta manera, su grito irá y vendrá desde usted hasta el muro alto. Solo necesita dividir la distancia entre usted y el muro alto mencionado anteriormente por la mitad del tiempo medido. También sale la velocidad del sonido (cabe señalar aquí que debido a que el intervalo de tiempo para que las personas distingan sus propios ecos debe exceder los 0,1 segundos, la velocidad de propagación del sonido es de 340 metros por segundo, por lo que la distancia entre usted y la pared debe ser al menos no menos de 17 metros es suficiente, y no debe haber obstáculos en el medio)
La forma más avanzada y precisa de utilizar el eco para medir la velocidad del sonido es:
Utilice ondas ultrasónicas para reflejar cuando encuentran objetos. El generador está conectado al receptor ultrasónico a través de un cable. El receptor puede procesar la señal ultrasónica recibida y mostrar su forma de onda en la pantalla de la computadora. intervalos fijos la señal ultrasónica recibida reflejada por el obstáculo también se puede mostrar en la pantalla de la computadora después de ser procesada por el instrumento (las formas de las dos ondas son una grande y otra pequeña para una fácil diferenciación del retraso entre cada onda reflejada). y la onda transmitida correspondiente El tiempo puede ser procesado y emitido por la computadora, es decir, el intervalo de tiempo para que una onda ultrasónica regrese después de encontrar un obstáculo se puede leer directamente desde la computadora siempre que mida la distancia S entre las. generador ultrasónico y el obstáculo de antemano, y S dividido por la mitad del tiempo de ida y vuelta es la velocidad del sonido en el aire (la velocidad de las ondas ultrasónicas en el aire es igual a la velocidad de las ondas sonoras que la gente común puede escuchar).
Uno de los métodos más sencillos y eficaces para medir la velocidad del sonido es utilizar la relación básica entre la velocidad del sonido v, la frecuencia de vibración f y la longitud de onda λ, es decir, utilizando un par de la misma estructura (transmisor y receptor) durante el experimento) Transductor cerámico piezoeléctrico ultrasónico para convertir entre presión sonora y voltaje. Utilice un osciloscopio para observar la amplitud y la fase de la onda ultrasónica, utilice el método de amplitud y el método de fase para medir la longitud de onda y lea la frecuencia f directamente desde el osciloscopio.
(1) Frecuencia de resonancia
El transductor cerámico piezoeléctrico ultrasónico es un componente clave del experimento. Cada par de transductores cerámicos piezoeléctricos ultrasónicos tiene su propia frecuencia de resonancia inherente. La frecuencia del sistema transductor está en estado de resonancia, la potencia ultrasónica emitida por el transmisor es máxima, que es el estado de funcionamiento óptimo.
(2) Método de amplitud
La onda sonora emitida por el transmisor es similar a una onda plana. Después de ser reflejadas por el receptor, las ondas se reflejarán hacia adelante y hacia atrás entre las dos superficies extremas del transductor cerámico piezoeléctrico y se superpondrán. Cuando la distancia entre los dos transductores es igual a un múltiplo entero de la mitad de la longitud de onda, se produce una oscilación primaria, lo que da como resultado un fenómeno de onda estacionaria de oscilación primaria y la amplitud alcanza un máximo. A partir de las propiedades de las ondas longitudinales se puede demostrar que cuando el desplazamiento de la vibración se produce en el nodo, la presión del sonido se produce en el antinodo. La cara final del receptor es aproximadamente un nodo, la presión sonora recibida es la mayor y la señal eléctrica convertida por el receptor también es la más fuerte. La relación entre los cambios de presión sonora y la posición del receptor se puede medir a partir de experimentos. Cuando el extremo del receptor se mueve a una determinada posición de vibración, aparecerá la señal eléctrica más fuerte en el osciloscopio. nuevamente para la señal eléctrica más fuerte, la distancia entre las dos posiciones de oscilación es 1/2λ.
(3) Método de fase
La onda es la propagación del estado de vibración, que también se puede decir que es la propagación de la fase. Dos puntos cualesquiera a lo largo de la dirección de propagación tienen el mismo estado de vibración, o cuando su diferencia de fase es un múltiplo entero de 2π, la distancia entre los dos puntos debe ser igual a un múltiplo entero de la longitud de onda λ. La longitud de onda se puede medir usando esto. fórmula. Dado que el transmisor emite ondas ultrasónicas similares a ondas planas, cuando el extremo del receptor es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, todos los puntos del extremo tienen la misma fase. A medida que mueve el receptor en la dirección de propagación, siempre puede encontrar una posición donde la señal recibida esté en fase con la señal transmitida. Esta distancia recorrida debe ser igual a la longitud de onda λ de la onda ultrasónica. Para determinar la diferencia de fase y medir la longitud de onda, se puede utilizar un osciloscopio de doble traza para comparar directamente la señal transmitida y la señal recibida y, al mismo tiempo, mover el receptor a lo largo de la dirección de propagación para encontrar el punto en fase. . También puedes usar la figura de Lissajous para encontrar el punto donde la elipse degenera en una línea oblicua cuando está en fase.