Der Versuchsaufbau besteht aus einem Messrohr aus Plexiglas, an dessen einem Ende ein Lautsprecher in Achsrichtung angeordnet ist. Das andere Ende des Rohres ist offen, also schallweich. Wegen des Impedanzsprunges kommt es zu einer Reflexion der Welle, es entsteht eine stehende Welle. Der Lautsprecher wird über einen Frequenzgenerator mit konstanter Frequenz betrieben. Im Rohr befindet sich ein axial verschiebbares Mikrophon, mit dem die örtlichen Schalldruckmaxima und -minima über der Rohrachse gemessen und auf einem Oszilloskop dargestellt werden. Durch das Verschieben des Mikrophons entlang der Rohrachse werden die Extrema (Maxima/Minima) gesucht, die sich auf dem Oszilloskop ablesen lassen. Der an dem Messrohr angebrachte Maßstab dient zur Ermittlung der örtlichen Lage der Extrema. Die beiden Signale werden entweder im Zweikanalbetrieb (chopped oder alternate) als Wellen, oder im X-Y-Betrieb als Lissajous-Figuren dargestellt. Zusammen mit der Frequenz, abgelesen am Frequenzzähler, ist man nun in der Lage die Schallgeschwindigkeit zu berechnen.
2. Aufgabenstellung
Bestimmen Sie die Schallgeschwindigkeit im Frequenzbereich von f (?) 500Hz bis f (?) 4000Hz in Schritten von 200Hz
1. mit Hilfe des Abstandes der Orte unmittelbar nebeneinander liegender Maxima
2. mit Hilfe des Abstandes der Orte übernächster Maxima
3. mit Hilfe der Abstände von unmittelbar nebeneinander liegenden Orten, an denen die Phasenverschiebung zwischen Lautsprecher- und Mikrophonsignal null ist.
Inhaltsverzeichnis
- Versuchsaufbau, Versuchsbeschreibung
- Aufgabenstellung
- Messinstrumente und Zubehör
- Physikalische Grundlagen
- Allgemein
- Die theoretische Schallgeschwindigkeit
- Phasenmessung mit Hilfe der Lissajous-Figuren
- Messergebnisse
- Auswertung
- Berechnung der theoretischen Schallgeschwindigkeit
- Fehlerrechnung
- Schlussbetrachtung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Versuchsanleitung führt den Leser durch die Messung der Schallgeschwindigkeit in Luft mithilfe eines Plexiglasrohrs, eines Lautsprechers, eines Mikrofons und eines Oszilloskops. Der Fokus liegt auf der experimentellen Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz und der Analyse der Messergebnisse mithilfe der Fehlerrechnung. Der Versuch soll ein tieferes Verständnis für die physikalischen Grundlagen der Schallgeschwindigkeit und ihre Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren vermitteln.
- Experimentelle Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft
- Analyse der Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz
- Anwendung der Fehlerrechnung zur Beurteilung der Genauigkeit der Messwerte
- Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit der theoretisch zu erwartenden Schallgeschwindigkeit
- Verständnis der physikalischen Grundlagen der Schallgeschwindigkeit und ihrer Abhängigkeit von Temperatur und Medium
Zusammenfassung der Kapitel
- Versuchsaufbau, Versuchsbeschreibung: Der Versuchsaufbau besteht aus einem Plexiglasrohr mit einem Lautsprecher, einem Mikrofon und einem Maßband. Die Schallwellen werden im Rohr durch den Lautsprecher erzeugt und mithilfe des Mikrofons gemessen. Die Position des Mikrofons im Rohr wird durch einen Maßstab bestimmt.
- Aufgabenstellung: Die Aufgabe ist die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit im Frequenzbereich von 500Hz bis 4000Hz in Schritten von 200Hz mithilfe verschiedener Methoden.
- Messinstrumente und Zubehör: Eine detaillierte Auflistung der verwendeten Messinstrumente und Zubehör, inklusive ihrer Toleranzen.
- Physikalische Grundlagen: Dieser Abschnitt behandelt die physikalischen Grundlagen der Schallgeschwindigkeit. Es werden die grundlegenden Eigenschaften von Schallwellen erläutert, wie z.B. die Beziehung zwischen Frequenz, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit.
- Messergebnisse: Hier werden die im Versuch ermittelten Messwerte dargestellt.
- Auswertung: In diesem Abschnitt werden die Messwerte ausgewertet und die Schallgeschwindigkeit für verschiedene Frequenzen berechnet.
- Berechnung der theoretischen Schallgeschwindigkeit: Die theoretische Schallgeschwindigkeit wird berechnet, um die experimentellen Ergebnisse mit den theoretischen Werten zu vergleichen.
- Fehlerrechnung: Die Fehlerrechnung berücksichtigt systematische und zufällige Fehlerquellen, die bei der Messung auftreten können.
- Schlussbetrachtung: Die Ergebnisse werden diskutiert und die Genauigkeit der Messung bewertet.
Schlüsselwörter
Schallgeschwindigkeit, Schallwellen, Frequenz, Wellenlänge, Plexiglasrohr, Lautsprecher, Mikrofon, Oszilloskop, Fehlerrechnung, systematische Fehler, zufällige Fehler, Temperatur, Medium, Adiabatenkoeffizient, Gaskonstante, Molgewicht.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. (FH) Tobias Purschke (Author), B. Höber (Author), 2003, Messung der Schallgeschwindigkeit, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/21367
