PROJEKT ZPÍVAJÍCÍ SKLENIČKY



Podobné dokumenty
Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Fyzikální praktikum 1

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Vlnění. vlnění kmitavý pohyb částic se šíří prostředím. přenos energie bez přenosu látky. druhy vlnění: 1. a. mechanické vlnění (v hmotném prostředí)

Měření hladiny intenzity a spektrálního složení hluku hlukoměrem

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

Název: Studium kmitů hudebních nástrojů, barva zvuku

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Mechanické kmitání a vlnění

Fyzika - Sexta, 2. ročník

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

Akustika. Rychlost zvukové vlny v v prostředí s hustotou ρ a modulem objemové pružnosti K

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Zvukové jevy. Abychom slyšeli jakýkoli zvuk, musí být splněny tři základní podmínky: 1. musí existovat zdroj zvuku

Skládání kmitů

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

Colloquium FLUID DYNAMICS 2007 Institute of Thermomechanics AS CR, v. v. i., Prague, October 24-26, 2007 p.1

ZVUKY KMITAJÍCÍCH TYČÍ

ZVUKOVÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Zvuk a jeho vlastnosti

Experimentální analýza hluku

1.1. Metoda kyvů. Tato metoda spočívá v tom, že na obvod kola do vzdálenosti l od osy

VY_32_INOVACE_FY.18 ZVUKOVÉ JEVY

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Fyzikální praktikum I

Skládání různoběžných kmitů. Skládání kolmých kmitů. 1) harmonické kmity stejné frekvence :

Akustický přijímač přeměňuje energii akustického pole daného místa na energii elektrického pole

AKUSTIKA. Tón a jeho vlastnosti

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Kinetická teorie ideálního plynu

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 10. Měření hluku

Projekt z volitelné fyziky Výtok kapaliny otvorem ve stěně

Univerzita obrany K-204. Laboratorní cvičení z předmětu AERODYNAMIKA. Měření rozložení součinitele tlaku c p na povrchu profilu Gö 398

Měření momentu setrvačnosti prstence dynamickou metodou

I. část - úvod. Iva Petríková

Hluk a analýza vibrací stěn krytu klimatizační jednotky

Mechanické kmitání (oscilace)

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

Akustické vlnění

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Millikanův experiment

Měření satelitů. Satelitní přenos je téměř nejpoužívanější provozování televize v Norsku. Protože Norsko má malou hustotu osídlení a členitý terén.

Světlo jako elektromagnetické záření

kde a, b jsou konstanty závislé na střední frekvenci (viz tab. 5.1).

Filmová odparka laboratorní úlohy

NÁVRH A REALIZACE ÚLOH DO FYZIKÁLNÍHO PRAKTIKA Z

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Měření povrchového napětí

3. Měření viskozity, hustoty a povrchového napětí kapalin

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

2 Zpracování naměřených dat. 2.1 Gaussův zákon chyb. 2.2 Náhodná veličina a její rozdělení

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Měření Poissonovy konstanty vzduchu. Abstrakt

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

3 Měření hlukových emisí elektrických strojů

Měření logaritmického dekrementu kmitů v U-trubici

1. Změřte teplotní závislost povrchového napětí destilované vody σ v rozsahu teplot od 295 do 345 K metodou bublin.

Nové požadavky na zvukoměrnou techniku a jejich dopad na hygienickou praxi při měření hluku. Ing. Zdeněk Jandák, CSc.

VY_52_INOVACE_2NOV42. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8.

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

Dynamika vázaných soustav těles

MĚŘENÍ PARAMETRŮ DUTÉHO ZRCADLA; URČENÍ INDEXU LOMU KAPALIN POMOCÍ DUTÉHO ZRCADLA

O akustických mlýncích prof. Dvořáka

MĚŘENÍ RYCHLOSTI ŠÍŘENÍ ZVUKU V PLYNECH

frekvence f (Hz) perioda T = 1/f (s)

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

Akustika. Teorie - slyšení. 5. Přednáška

Měření hlukových map

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

Signál v čase a jeho spektrum

STANOVENÍ TÍHOVÉHO ZRYCHLENÍ REVERZNÍM KYVADLEM A STUDIUM GRAVITAČNÍHO POLE

Fyzikální podstata zvuku

Měření zvuku. Judita Hyklová. První soukromé jazykové gymnázium Hradec Králové, s r.o. Brandlova 875, Hradec Králové

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. x m. Ne čas!

Ing. Jan Mareš, G r e i f a k u s t i k a s.r.o. Měření hluku tepelných čerpadel vzduch - voda

3. Vypočítejte chybu, které se dopouštíte idealizací reálného kyvadla v rámci modelu kyvadla matematického.

Návrh a realizace úloh do Fyzikálního praktika z mechaniky a termiky

Elektromagnetický oscilátor

Akustika. Teorie - slyšení. 5. Přednáška

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

KMS cvičení 6. Ondřej Marek

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

Elektromechanický oscilátor

FYZIKA 6. ročník 2. část

I Mechanika a molekulová fyzika

Transkript:

PROJEKT ZPÍVAJÍCÍ SKLENIČKY Vypracovali: Kamil Al Jamal Konzultant: Věra Koudelková Hana Hrubešová Datum: 14.7.2005 Tereza Holasová soustředění, Nekoř 2005

Úvod V tomto projektu jsme analyzovali jevy spojené s generací zvuku při přejíždění okraje skleniček na víno zvlhčeným prstem. Zaměřili jsme se na proměření závislosti a hladiny akustického tlaku vznikajícího zvuku na přítomnosti či nepřítomnosti různého množství kapaliny ve skleničce. Fyzikální pozadí Při přejíždění navlhčeného prstu (navlhčeného kvůli lepší přilnavosti a tudíž většímu tření) po obvodu skleničky začne sklenička vibrovat a plynule deformovat svůj obvod střídavě do dvou elips, jejichž hlavní poloosy svírají úhel 90 (viz. příloha obr. 1). Přesné charakteristiky vibrací jsou určeny kinetickou a potenciální energií vibrující skleničky, která je určena především vlastnostmi skleničky (její geometrie, materiál, ze kterého je vyrobena), přítomností či nepřítomností dané kapaliny ve skleničce, dynamikou přejíždění prstu po jejím okraji a třením mezi prstem a skleničkou. Okamžitou výchylku (t) jakéhokoliv bodu na obvodu vibrující skleničky lze popsat rovnicí (t) = 0 cos ωt, (1) kde 0 je maximální výchylka, ω je úhlová a je rovna 2πν (kde je ν v hertzích), t je čas. Celková energie vibrující skleničky je určena součtem kinetické a potenciální energie: E = A (d /dt) 2 + B 2, (2) kde A a B jsou konstanty. Jestliže provedeme substituci = 0 cos ωt (z (1)) a následně dosadíme do (2) a rovnici vyřešíme, dostaneme ω 2 = B/A (3) Jestliže do skleničky nalijeme nějakou kapalinu, potenciální energie oscilující skleničky se nezmění, ale kinetická energie se zvětší, proto se zvětší jmenovatel a úhlová a tím pádem je nižší. Míra toho, jak účinně kapalina tlumí vibrace skleničky závisí na hustotě a na viskozitě kapaliny. Zdlouhavými úpravami rovnice (3) dostáváme vztah pro výpočet prázdné skleničky 1 / 2 4 1 / 2 1 3 4 Y a R v0 = 1 2 + 2π 5 ρ g R 3 H (pozn.: platí pro ideální skleničku nejsou započteny korekce pro měnící se tloušťku a poloměr skleničky, není počítáno s torzními a vertikálními kmity) (4) Praktická část K dispozici jsme měli celkem 5 skleniček různých velikostí a tvarů. K měření jsme užívali především 11,7cm vysokou sklenku o objemu 175cm 3. Plnili jsme ji do 0 / 5, 1 / 5, 1 / 4, 2 / 5, 1 / 2, 3 / 5, 3 / 4, 4 / 5 a 1 / 1 objemu vodou, syntetickým lihem, řepkovým olejem a medem lesní směs. Vydávaný zvuk jsme nahrávali přes mikrofon do počítače a k následnému zpracování jsme používali program Adobe Audition 1.0. Vzhledem k dostatečné citlivosti mikrofonu bylo možné někdy i poměrně silný hluk z okolí ignorovat. K zjištění zvuku jsme provedli Fourierovu analýzu. Jednotlivá měření jsme několikrát opakovali a zprůměrovali, abychom minimalizovali možné chyby a nepřesnosti měření. Výsledné hodnoty jsme pak zpracovali do tabulek a znázornili do grafů, většinu potřebných údajů jsme nalezli v MFCH tabulkách. Dále jsme měřili hladinu akustického tlaku pomocí digitálního hlukoměru. Díky nerovnoměrnostem v rychlosti a tlaku prstu stimulujícího skleničky k vibracím se projevovali poměrně velké fluktuace intenzity zvuku. Opět jsme proto hodnoty zprůměrovávali. Nakonec jsme skleničky ladili pomocí ladičky, xylofonu i podle sluchu na tóny c, d, e, f a g, tak abychom na ně byli schopni zahrát lidovou píseň Ovčáci, čtveráci. 1

Výsledky Z našich výsledků lze vyvodit následující závěry: 1) vydávaných zvuků závisí na geometrii skleničky 2) vydávaných zvuků nelineárně závisí na výšce hladiny kapaliny obecně čím větší množství kapaliny ve skleničce, tím nižší sklenička vydává (viz. příloha grafy) 3) vydávaných zvuků v závislosti na viskozitě klesá 4) vydávaných zvuků v závislosti na hustotě klesá 5) větší vliv na frekvenci má hustota kapaliny než viskozita 6) výška hladiny akustického tlaku zvuků vydávaných skleničkou v závislosti na výšce hladiny kapaliny klesá (až o 20dB) 7) intenzitu zvuku lze zvýšit mírným zvýšením tlaku na prstu na skleničku (řádově o db) 8) snížení tření má za následek snížení intenzity zvuku, ale nemá za následek změnu 9) klepání do skleniček nemění frekvenci, drbání frekvenci zvyšuje (řádově o stovky Hz) Náměty k další práci Lákavé by bylo např. podrobněji proměřit závislost vydávaných zvuků na geometrii skleničky, případně se pomocí externího zdroje zvuku s volitelnou frekvencí pokusit skleničku rezonancí rozkmitat až k prasknutí, zjistit, jak ovlivňují nejrůznější faktory výskyt vyšších harmonických ve frekvenční analýze, matematicky popsat interferenci vlnek vznikajících při vibracích skleničky na povrchu kapaliny (při pokusech s lihem ze skleničky v pravidelných intervalech chaoticky vyletovaly malé kapičky lihu, podobně jako např. z čerstvě otevřené nasycené minerální vody), atd. Závěr V tomto projektu jsme zkoumali jevy spojené s generací zvuku při přejíždění okraje skleniček na víno zvlhčeným prstem. Při pokusech jsme dosáhli uspokojivé přesnosti, díky níž jsme mohli formulovat poměrně jednoznačné závěry, které jsou v dobré shodě s teorií. Problematika skýtá mnoho zajímavých námětů pro další studium. Přílohy 2

1) Grafy závislostí zvuku na výšce hladiny kapaliny ve skleničce a) voda Závislost na naplnění skleničky 1500 1300 1100 900 700 600 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 výška vodního sloupce [cm] sklenička naplněna do výška vodního sloupce [cm] frekvenc e [Hz] 1/5 2,3 1376 1/4 2,9 1376 2/5 4,7 1358 1/2 5,9 1309 3/5 7,0 1221 3/4 8,8 1025 4/5 9,4 927 1 11,7 664 3

b) olej Závislost na naplnění skleničky 1500 1300 1100 900 700 600 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 výška olejového sloupce [cm] sklenička naplněna do výška olejového sloupce [cm] [Hz] 1/5 2,3 1419 1/4 2,9 1416 2/5 4,7 1449 1/2 5,9 1361 3/5 7,0 1284 3/4 8,8 1087 4/5 9,4 958 1 11,7 719 4

c) líh Závislost na naplnění skleničky 1500 1300 1100 900 700 600 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 výška lihového sloupce [cm] sklenička naplněna do výška lihového sloupce [cm] [Hz] 1/5 2,3 1376 1/4 2,9 1374 2/5 4,7 1361 1/2 5,9 1327 3/5 7,0 1294 3/4 8,8 1122 4/5 9,4 1006 1 11,7 736 5

d) med Závislost na naplnění skleničky 1500 1300 1100 900 700 600 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 výška medového sloupce [cm] sklenička naplněna do výška medového sloupce [cm] [Hz] 1/5 2,3 1420 1/4 2,9 1418 2/5 4,7 1404 1/2 5,9 1336 3/5 7,0 1249 3/4 8,8 991 4/5 9,4 890 6

e) drbání Závislost na naplnění skleničky - drbání 3200 2700 2200 1700 700 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 výška vodního sloupce [cm] sklenička naplněna do výška medového sloupce [cm] I [Hz] II [Hz] 1/5 2,3 1430 2730 1/4 2,9 1420 2720 2/5 4,7 1420 2720 1/2 5,9 1406 2715 3/5 7,0 1370 2715 3/4 8,8 1285 2620 4/5 9,4 1060 2235 1 11,7 930 1970 7

2) Závislost na kapalině ve skleničce Závislost na dané kapalině ve skleničce 1500 1300 1100 900 med voda líh olej max min kapalina maximální minimální med 1420 1006 voda 1376 958 líh 1376 927 olej 1419 890 8

3) Závislost na hustotě a dynamické viskozitě Závislost na naplnění skleničky 2000 1 1600 600 voda líh olej med nejnižší [Hz] hustota [kg/m 3 ] dynamická viskozita [Pa.s] voda 927 998 líh 1006 789 olej 958 866 1490 med 890 1100 1 9