= = = = =Alternatywa WCAG

Pomiar prędkości dźwięku w trzech ośrodkach

W Wirtualnym laboratorium przeprowadzono pomiar prędkości dźwięku w trzech różnych ośrodkach: powietrzu, wodzie i stali. Twoim zadaniem jest zapoznanie się z aparaturą pomiarową i przeanalizowanie wyników pomiarów.

Podstawą do analizy są informacje podane w części Przeczytaj. Przypomnij je sobie w razie potrzeby. Przydatne mogą też być e‑materiały „Niepewność wielkości mierzonej pośrednio” oraz „Błąd przypadkowy, błąd systematyczny”.

Układ doświadczalny

= = = =opis WL‑I

Na ekranie wirtualnego laboratorium widać trzy poziome układy pomiarowe umieszczone jeden pod drugim. Najwyżej umieszczono układ do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu, pod nim – w wodzie, a najniżej – w stalowym pręcie. Każdy z tych układów składa się ze źródła dźwięku po lewej stronie, dwóch detektorów dźwięku oraz stopera po stronie prawej. Źródłem dźwięku jest zwykły głośnik w  powietrzu, głośnik wodoodporny w podłużnym akwarium z wodą oraz młoteczek uderzający w lewy koniec stalowego pręta. Detektory (odpowiednio: mikrofony, mikrofony wodoodporne i czujniki wibracji pręta) można przesuwać w kierunku prawo‑lewo, zmieniając ich odległość od źródła oraz odległość pomiędzy nimi. Każda para detektorów podłączona jest do stopera znajdującego się po prawej stronie układu pomiarowego. Kliknięcie w źródło powoduje nadanie krótkiego sygnału dźwiękowego, innego dla każdego z ośrodków. Gdy sygnał dociera do lewego detektora (bliższego źródła), zeruje on stoper i go włącza. Prawy detektor z kolei wyłącza stoper po zarejestrowaniu sygnału. Stoper wskazuje czas z dokładnością do jednej setnej milisekundy. Na ekranie znajduje się linijka, wyskalowana od zera do dwustu centymetrów. Najmniejsza zaznaczona podziałka to dwa centymetry, położenia co dwadzieścia centymetrów są opisane. Linijkę można przesuwać po ekranie w pionie i poziomie.

= = = =koniec opisu

Wielkości mierzone bezpośrednio - odległość i czas

Wielkościami mierzonymi bezpośrednio w tym eksperymencie są odległość $s$ oraz czas $t$ przebycia tej odległości przez dźwięk. Pomiędzy jakimi elementami aparatury należy zmierzyć odległość?

Ustawienie detektorów dźwięku

Prędkość dźwięku $v$ jest w tym eksperymencie mierzona pośrednio, na podstawie odległości $s$ oraz czasu $t.$

Niepewność graniczna pomiaru odległości jest w tym eksperymencie ustalona na dwa centymetry - $\Delta s=2\text{ cm.}$ Podobnie, graniczna niepewność pomiaru czasu jest zawsze jednakowa i równa jednej setnej milisekundy - $\Delta t=0,01\text{ ms.}$

Planując pomiar tych wielkości chcesz uzyskać jak najmniejszą niepewność względną wyniku. Niepewność ta wyraża się poprzez względne niepewności obu wielkości mierzonych bezpośrednio.

Jak ustawisz detektory dźwięku, blisko siebie czy możliwie daleko? A może nie ma to znaczenia?

Wyniki pomiarów. Wyznaczenie prędkości dźwięku

Dla potrzeb pomiaru ustawiono maksymalną dostępną w Wirtualnym laboratorium odległość $s=1,44\text{ m,}$ jednakową dla wszystkich ośrodków. Wyniki pomiaru czasu $t$ podano w tabeli. Zorganizowano ją na podobieństwo arkusza kalkulacyjnego. Przygotowano w niej wiersze przeznaczone dla mierzonych wielkości oraz ich niepewności.

= = = = =koniec alternatywy WCAG