ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПО ВИЗНАЧЕННЮ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ CP/CV ДЛЯ ПОВІТРЯ
DOI:
https://doi.org/10.31110/fmo2024.v39i4-04Ключові слова:
Домашній експеримент, швидкість звуку, відношення теплоємностей CP/CVАнотація
Формулювання проблеми. Важливе значення для майбутніх інженерів має уміння проводити експериментальні дослідження та опрацьовувати їх результати. В умовах дистанційного навчання перед викладачами постає проблема розробки завдань для експериментальних досліджень, які студенти можуть проводити вдома, використовуючи доступне обладнання. Одним з таких досліджень може бути визначення показника степеня адіабати газу за результатами вимірювання швидкості звуку.
Матеріали та методи. Для досягнення поставленої мети дослідження використано аналіз навчальної програми курсу «Загальна фізика для бакалаврів інженерних спеціальностей», огляд методичних вказівок до виконання лабораторних робіт з розділу «Коливання і хвилі» курсу фізики технічних ЗВО, огляд літератури за темою дослідження. Підготовлене обладнання та програмне забезпечення дозволили провести апробацію методики визначення показника степеня адіабати повітря за знайденою в експерименті швидкістю звуку.
Результати. Швидкість звуку обчислювалася з використанням значень резонансної частоти для відкритих з обох кінців трубок різної довжини, а також корпусу кулькової ручки, циліндричної посудини (чайної кружки) та пляшки, яку можна вважати резонаторами Гельмгольца. Як виявилося, для надійної фіксації резонансної частоти у відкритих з обох кінців трубках в якості джерела звуку доцільно використовувати створений нами генератор імпульсно модульованої звукової частоти (ІМЗГ), а для збудження звуку в пляшці можна використовувати як ІМЗГ, так і технологію подібну до гри на флейті.
Висновки. В експериментах, проведених з різними об’єктами в якості резонаторів (пляшка, трубки різної довжини, кружка), було одержано значення швидкості звуку у повітрі в межах від 334 м/с до 352 м/с і відповідну величину показника степеня адіабати 1,33 £ g £ 1,45, що можна вважати достатньо хорошою оцінкою для повітря. Це дозволяє рекомендувати розглянуту методику визначення g для застосування як у домашньому так і в аудиторному експерименті.
Завантажити
Посилання
Vovk, Y. V., & Hrynchenko, V. T. (2010). Zvuk, rozhdennыi potokom (ocherk ob aэrohydrodynamycheskoi akustyke) [Sound born by flow (an essay on aerohydrodynamic acoustics)]. Kyiv: Naukova dumka. (in Russian).
Strett, J. V. (Lord Rayleigh). (1955). Teoryia zvuka [Theory of sound], 1, M. (in Russian).
Baraúna, F., Furtado, J., & Perez, S. (2015). Medindo a velocidade do som utilizando figuras de Lissajous. Revista Brasileira de Ensino de Fisica, 37 (3), 3310. https://doi.org/10.1590/S1806-11173731909.
Chiriacescu, F. S., Chiriacescu, B., Miron, C., Berlic, C., & Barna, V. (2021). Acoustic resonators – a method for online study in determining the speed of sound in air. Romanian Reports in Physics, 73 (2), 904. https://rrp.nipne.ro/2021/AN73904.pdf
Coban, A., & Coban, N. (2020). Using Arduino in physics experiments: determining the speed of sound in air. Physics Education, 55 (4), 043005. https://doi.org/10.1088/1361-6552/ab94d6.
Filho, L. A. C., & Bastos, R. O. (2024). Teaching physics remotely: determining the speed of sound in the air using a pan flute. Physics Education, 59 (3), 035012. https://doi.org/10.1088/1361-6552/ad2f61.
Hirth, M., Kuhn, J., & Müller, A. (2014). Classical experiments revisited: smartphones and tablet PCs as experimental tools in acoustics and optics. Physics Education, 49(4), 412. https://doi.org/10.1088/0031-9120/49/4/41.
Kuhn, J., & Vogt, P. (2022). Smartphones as Mobile Minilabs in Physics. Springer Nature Switzerland AG. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94044-7
Levine, H., & Schwinger, J. (1948). On the radiation of sound from an unflanged circular pipe. Phys. Rev. 73(4).
Monteiro, M., Stari, C., & Martí, A. C. (2022) A home-lab experiment: resonance and sound speed using telescopic vacuum cleaner pipes arXiv:2208.02671v1 [physics.ed-ph] 4 Aug 2022 https://arxiv.org/pdf/2208.02671
Torcal-Milla, F. J. (2023). Measuring the speed of sound with a pan flute and a smartphone: a half-melodic and totally-didactic experiment. (2023) Physics Education, 58 (5), 055010. https://doi.org/10.1088/1361-6552/ace581.
Завантаження
Опубліковано
Як цитувати
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Сергій Подласов, Андрій Снарський
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
- Автори передають журналу право першої публікації свого рукопису на умовах ліцензії Creative Commons ("Із зазначенням авторства - Некомерційне використання - Поширення на тих же умовах") 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно використовувати (читати, копіювати і роздруковувати) представлені матеріали, здійснювати пошук та посилатись на опубліковані статті, поширювати їх повний текст з будь-якою законною некомерційною метою (у тому числі, з навчальною або науковою) та обов'язковим посиланням на авторів робіт і первинну публікацію у цьому журналі.
- Опубліковані оригінальні статті в подальшому не можуть використовуватись користувачами (окрім авторів) з комерційною метою або поширюватись сторонніми організаціями-посередниками на платній основі.
Creative Commons ("Із зазначенням авторства - Некомерційне використання - Поширення на тих же умовах") 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0)