Порядок проведения лабораторной работы. 1. Подключите к USB-порту компьютера соединительный кабель датчика звука, разъем динамика подключите к компьютеру с помощью USB-удлинителя.

1. Подключите к USB-порту компьютера соединительный кабель датчика звука, разъем динамика подключите к компьютеру с помощью USB-удлинителя.

2. Запустите программу «Практикум для ВУЗов», выберите сценарий «Определение скорости звука. Измерение длины волны» и дождитесь появления на экране окна проведения измерений.

3. Настройка экрана «по умолчанию» имеет следующие параметры: развертка 0.5 мс/дел, режим работы — ждущий (это означает периодическую регистрацию сигнала, начинающуюся при достижении

Сигналом заранее выставленных условий по величине и возрастанию/убыванию).

4. Нажмите экранную кнопку «Генератор» (самая верхняя строка кнопок на экране). При этом на экране появится меню настройки генератора с параметрами, в основном подобранными для проведения данного эксперимента. Динамик, использующийся в данном эксперименте, управляется первым каналом генератора, поэтому в окне «вид сигнала» второго канала должно быть установлено «Тишина». Частоту генерируемого звука для данного опыта рекомендуется выбирать в диапазоне от 1.5 до 2.5 кГц.

5. Включите генератор, нажав экранную клавишу «Проиграть». Динамик, в соответствии с настройками генератора, начнет излучать короткие (10мс)звуковые импульсы с интервалом 1с между ними.

6. Установите подвижный микрофон примерно посредине трубки и нажмите экранную кнопку «Пуск» На экране должна возникнуть осциллограмма, примерный вид которой приведен на рис.2.Еслирегистрация данных не началась, существенно увеличьте громкость звучания динамика с помощью регулятора «Амплитуда» в меню настройки генератора.

Рис.2

7. Если амплитуда сигнала превышает размер экрана, уменьшите громкость звучания динамика с помощью регулятора «Амплитуда» в меню настройки генератора. Величина первого отрицательного пика, регистрируемого неподвижным микрофоном (линия красного цвета)должна быть в пределах 3-4 вертикальных делений шкалы.

8. Нажмите экранную кнопку «Стоп» и рассмотрите полученную осциллограмму. Красным цветом представлен сигнал с неподвижного микрофона. Осциллографическая регистрация запускается на переднем фронте первого отрицательного полупериода (после остановки измерений в точку запуска автоматически устанавливается зеленый вертикальный маркер). Сигнал с подвижного микрофона представлен синей линией, при этом отчетливо видно, что в течение некоторого времени звуковые колебания в точке расположения этого микрофона полностью отсутствуют. Небольшое различие в амплитудах сигналов связано с тем, что несколько отличается чувствительность микрофонов.

9. Для определения длины звуковой волны снова включите регистрацию данных, нажав кнопку «Пуск». Установите подвижный микрофон вблизи нулевой отметки шкалы таким образом, чтобы характерные точки двух сигналов (максимумы и минимумы, пересечения с нулевой линией) в максимальной степени совпадали по времени.

10. Остановите измерения, войдите в окно обработки (кнопка в верхней строке экрана) и внесите координату подвижного датчика в таблицу.

11. Возобновите измерения и, передвигая подвижный датчик вдоль трубы, снова получите на экране совпадение фаз измеряемых двумя микрофонами сигналов. При этом следует иметь в виду, что в течение первого периода характеристики сигнала несколько отличаются от его характеристик в следующие моменты времени (это связано с инерционностью диффузора динамика, проявляющейся в момент начала работы динамика). Поэтому при установке подвижного микрофона следует руководствоваться совпадением фаз для второго и последующих периодов.

 

12.Полученное значение координаты датчика внесите в следующую строку таблицы. Переход на следующую строку осуществляется нажатием клавиши «i» на клавиатуре. При этом разность координат микрофона, возникшая в правом столбце таблицы, будет равняться длине волны звука. Поскольку в работе данные в таблицу вводятся только с клавиатуры, можно не останавливать измерения на время вписывания в таблицу положения микрофона. При этом таблица убирается с экрана и восстанавливается на нем кнопками «свернуть» и «развернуть» окна обработки данных.

13.Повторите измерения по пунктам 10-11 еще 3-4 раза и отключите генератор. После того, как подвижный микрофон окажется далее отметки«80 см», на регистрируемый им сигнал начнет влиять звуковая волна, отраженная от границы трубы. Это влияние будет проявляться в области двух последних клеток экрана, т.к. от момента прихода звука в точку установки второго микрофона до появления в ней отраженной волны должно пройти время, достаточное для распространения волны до конца трубы и возврата обратно. Отраженная волна приведет к искажению регистрируемого сигнала - изменению максимальной амплитуды и сдвигу характерных точек. Поэтому при подборе положения микрофона(при его координате более 80 см) две последние клетки экрана следует исключить из рассмотрения.

14.Воспользовавшись средним значением смещения микрофона,(оно выводится во второй снизу строке правого столбца таблицы) и значением частоты, на которой работает генератор, рассчитайте скорость звуковой волны на основе формулы (6) Теоретической части.

15. Оцените погрешность определения скорости звука, приняв во внимание среднеквадратичное отклонение величины смещения микрофона для достижения совпадения фаз колебаний (последняя строка правого столбца таблицы обработки).

16. Перейдите в сценарий «Определение скорости звука. Движение волнового пакета». Для этого нажмите кнопку в верхней строке экрана и выберите в появившемся меню необходимый сценарий.

17. Установите подвижный микрофон вблизи нулевого деления линейки. Включите генератор (частота 1.5-2 кГц) и нажмите экранную кнопку «Пуск»! .

18. Получив осциллограмму, остановите измерения и с помощью маркеров отметьте выбранные Вами характерные точки на первом полупериоде каждого из сигналов. Пример такого выбора приведен на рис. 3. Здесь использована автоматическая установка зеленого маркера в точку, отвечающую условию запуска регистрации данных (осциллограмма с неподвижного микрофона), а желтый маркер установлен в точку первого изменения знака сигнала с подвижного микрофона. В этом случае при установке желтого маркера левее зеленого промежуток времени будет записан в таблицу с отрицательным знаком, но это, естественно, не повлияет на угол наклона итогового графика.

 

Рис. 3

19. С помощью маркеров измерьте интервал времени между выбранными на осциллограммах точками. Желтый вертикальный маркер устанавливается в месте, обозначенном указателем мыши при нажатии левой клавиши мыши, а зеленый маркер (в случае отказа от места автоматической установки) - при нажатии правой клавиши мыши. Значение интервала времени между маркерами отправьте в таблицу окна обработки данных нажатием кнопки «+» в правом верхнем углу экрана.

20 С клавиатуры введите в ячейку первого столбца таблицы координату подвижного микрофона, выраженную в метрах.

21. Переместите подвижный микрофон на 15 - 20 см и нажмите экранную

кнопку «Пуск» __ При этом на запрос компьютера о стирании данных из заполненной таблицы следует ответить отрицательно.

22 Зарегистрируйте новый интервал времени и впишите в таблицу координат микрофона, после чего следуйте инструкции п.20 до тех пор, пока подвижный микрофон не окажется на наибольшем удалении от неподвижного.

25. После ввода в таблицу координаты последнего положения микрофона перейдите на вкладку «График» и постройте прямую, наилучшим образом проходящую через экспериментальные точки. Нужный вид функции выбирается из выпадающего списка, после чего нажимается кнопка

24. В соответствии с изложенным в теоретической части, угловой коэффициент построенной прямой равен скорости звука, выраженной в м/мс. Переведите это значений в м/с и на основании вычисленной программой величины среднеквадратичного отклонения углового коэффициента (эта величина выводится в верхней строке поля графика) оцените погрешность определения скорости звука с помощью данной методики.