சோதனை இல. 12

சொனோமீட்டரால் ஒலிக்கவையின் அலைவெண்ணைக் காணல்

🎯 நோக்கம்

சொனோமீட்டர் (sonometer) கொண்டு ஒலிக்கவையின் அலைவெண்ணை (frequency) காணல்.

🧰 கருவிகளும் பொருட்களும்

சொனோமீட்டர், அறியப்படாத அலைவெண் கொண்ட ஒலிக்கவை, 0.5 kg நிறை தொகுப்பு, மெல்லிய காகித rider, சொனோமீட்டர் கம்பித் துண்டு, மீட்டர் அளவுகோல், மூன்று-தண்டு தராசு.

📐 கொள்கை

ஒத்ததிர்வுக்கான (resonance) கம்பி நீளம் $l$, இழுவை $T$, அலகு நீள திணிவு $m$ (mass per unit length), மற்றும் கம்பியின் இழுபட்ட பகுதியில் தொங்கும் நிறை $M$ எனில்:

$f = \dfrac{1}{2l}\sqrt{\dfrac{T}{m}}$, $T = Mg$
$f = \dfrac{1}{2l}\sqrt{\dfrac{Mg}{m}}$
$l^{2} = \dfrac{g}{4 f^{2} m}\, M$

$l^{2}$ vs $M$ வரைபடச் சாய்வு $= g/(4 f^{2} m)$, எனவே:

$f = \sqrt{\dfrac{g}{4 m \cdot \text{சாய்வு}}}$

🔬 செய்முறை

கப்பி மூலம் கம்பியில் முதலில் $M = 0.5$ kg ஐ தொங்கவிடுக. இரு bridge-களையும் சற்று இடைவெளியில் வைத்து, நடுவில் மெல்லிய காகித rider-ஐ கம்பி மீது வைக்க.
ஒலிக்கவையை அதிர்வுறச் செய்து சொனோமீட்டர் பெட்டியின் மீது வைக்க. இரு bridge-களையும் மெதுவாக விலகச் செய்க — rider கம்பியிலிருந்து திடீரெனத் தூக்கி எறியப்படும் தருணமே fundamental resonance. அந்த $l$-ஐ அளக்க.
$M$ ஐ 0.5 kg அதிகரித்து ~6 முறை மீள் செய்து $(M, l)$ ஐ அட்டவணை 12.1-இல் பதிக.
கம்பித் துண்டின் நீளம் (மீட்டர் அளவுகோல்) மற்றும் திணிவை (மூன்று-தண்டு தராசு) அளந்து $m = $ திணிவு/நீளம் ஐ கணக்கிடுக.
$l^{2}$ vs $M$ வரைபடம் வரைக. சாய்விலிருந்து $f$ ஐக் கணக்கிடுக.

📊 அளவீடுகள்

அட்டவணை 12.1: $M$ (kg), $l$ (cm), $l^{2}$ (cm²) — ஆறு வரிசை. கம்பித் துண்டின் நீளம் மற்றும் திணிவை அட்டவணைத் தலைப்பில் பதிக.

🧮 கணக்கீடு

$m = $ திணிவு/நீளம் (kg/m)
சாய்வு $= g/(4 f^{2} m)$ (m²/kg)
$f = \sqrt{\dfrac{g}{4 m \cdot \text{சாய்வு}}}$ (Hz)

⚠ முன்னெச்சரிக்கைகள்

அதிர்வுறும் ஒலிக்கவையை பெட்டியின் நடு பகுதியின் அருகே வைப்பது நல்லது — சக்தி மாற்றம் சிறந்து resonance எளிதாக கிட்டும்.
Rider-ஐ கம்பியின் நடுவில், இரு bridge-களுக்கு சம தூரத்தில் வைக்க.
Bridge-களை இரு திசையிலும் ஒரே வேகத்தில் நகர்த்துக — ஒரே பக்கம் நகர்த்தினால் rider-இன் இடம் மாறி உணரிக் கோளாறு (sensing error) ஏற்படும்.
அலகு நீள திணிவு $m$ ஐ கம்பித் துண்டிலிருந்து அளக்க — பயன்படுத்தும் கம்பியுடன் ஒரே வகை ஆக இருக்க வேண்டும்.

✅ முடிவு

வரைபடச் சாய்விலிருந்து கணக்கிட்ட $f$ (Hz) ஐ பதிக. ஒலிக்கவையில் அச்சிட்ட மதிப்பு இருந்தால் ஒப்பிடுக.

குறிப்புமாற்று resonance முறைகள்: (i) காதால் — bridge இடைவெளியை சிறிய மதிப்பிலிருந்து அதிகரித்து கம்பியின் ஒலி கவையின் ஒலியுடன் ஒத்திருக்கும் வரை. (ii) beats கொண்டு — beats கேட்கத் தொடங்கி, மீண்டும் மறையும் தருணமே resonance.

NIE Physics Practical Handbook (2017) · Experiment 12, pp.28–29

← 11 அனைத்து செய்முறைகள் 13 →