Измерение скорости звука в твёрдых средах, страница 3

4. Обсуждение полученных результатов

Таблица 4. “Табличные” данные по скоростям звука в меди, латуни и дюрале.

По меди и по дюралю данные отличаются не сильно. По латуни нет такого совпадения. Почему? Латунь – это сплав, и его состав разный для разных сортов латуни. Следует ожидать, что сплавы разных сортов обладают разными акустическими свойствами. По-видимому, результат эксперимента и есть подтверждение этой гипотезы.

5. Выводы и заключение

Найдены скорости звука в трёх металлах:

.

.

.

Несовпадение одного из результатов объясняется различием состава “табличной” латуни и той, которая была объектом моего исследования.

Дополнительное задание

Цель задания.

Была поставлена задача: определить зависимость времени контакта стержней от силы удара при их упругом центральном столкновении на установке с подвешенными стержнями. Она возникла из вопроса о правильности контактного метода нахождения скорости звука в стержне. Этот метод основан на теоретической модели столкновения стержней, согласно которой скорость звука равна

, где - наибольшая из двух длин стержней,  - время их соударения. Из формулы видно, что теоретически время контакта – постоянная величина. Моей целью было проверить, так ли это.

Эксперимент.

Идея эксперимента очевидна: при разной силе удара измерить время контакта с помощью осциллографа. Но как измерить силу удара? Непосредственно измерить её мы не можем, но можем связать её с такой характеристикой, как амплитуда напряжения на пьезоэлектрике. Связь между этими величинами неизвестна, и наверняка она нелинейна, но очевидно, что более сильному удару соответствует большая амплитуда напряжения.

Общий вид экспериментальной установки изображен на рисунке 3.

Рис. 3. Экспериментальная установка с подвешенными стержнями. L1, L2 – стержни длиной L1 и L2; D – пьезодатчик; Tektronix TDS 1012 – цифровой двухканальный осциллограф с входами Channel 1 и Channel 2; ИП – источник сигнала запуска осциллографа; R – согласованная нагрузка (50 Ом).

Фактически это та же установка, которая была использована мною для измерения скорости звука, с тем лишь отличием, что здесь стержни не вертикальны, а подвешены горизонтально.  Примерный вид осциллограмм, получаемых на экране осциллографа при соударении стержней, изображен на рисунке 4.

Рис.4. Примерный вид осциллограммы соударения стержней. δt – время распространения волны по стержню L₁; Ф₁, Ф₂ – передний и задний фронты импульса; Δt – время контакта стержней; t₀ – время опережения

Без согласованного сопротивления R (см. рис.3) задний фронт импульса по входу Channel 1 имеет вид, показанный пунктиром на рис.2, что приводит к снижению точности определения времени Δt. Я не использовал согласованного сопротивления. В силу большого разброса получаемых значений  он неспособен заметно повлиять на точность измерений.

Результаты эксперимента.

Для простоты были использованы дюралевые стержни одинаковой длины = 0,55м. Было произведено 1012 измерений, большинство из которых изображено на графике. Каждая точка соответствует результату одного измерения.