சோதனை இல. 15

பல ஒலிக்கவைகளால் காற்றில் ஒலியின் வேகம் & நுனித் திருத்தம்

🎯 நோக்கம்

மூடிய ஒத்ததிர்வுக் குழாய் + பல அலைவெண் கொண்ட ஒலிக்கவை தொகுப்பு கொண்டு காற்றில் ஒலியின் வேகம் $v$ மற்றும் நுனித் திருத்தம் $e$ ஐக் காணல்.

🧰 கருவிகளும் பொருட்களும்

~2.5 cm விட்டம், ~50 cm நீளம் கொண்ட குழாய், அறியப்பட்ட அலைவெண் கொண்ட ஐந்து ஒலிக்கவை தொகுப்பு, அரை-மீட்டர் அளவுகோல், உயரமான நீர் ஜாடி, நிலைக்கால்.

📐 கொள்கை

Fundamental resonance-இல் காற்று நெடுவரிசை நீளம் $l$, நுனித் திருத்தம் $e$, அலை நீளம் $\lambda$, ஒலி வேகம் $v$, அலைவெண் $f$:

$l + e = \dfrac{\lambda}{4} = \dfrac{v}{4f}$
$l = \dfrac{v}{4} \cdot \dfrac{1}{f} - e$

$l$ vs $1/f$ வரைபடம் ஒரு நேர்கோடு:

சாய்வு $= v/4$ → $v = 4 \times$ சாய்வு
$y$-intercept $= -e$ → $e = -$ intercept

🔬 செய்முறை

குழாயை ஜாடி நீரில் தாழ்த்தி, சிறிய காற்று நெடுவரிசை மட்டுமே மேலே இருக்குமாறு நிலைக்காலில் பொருத்துக.
தொகுப்பின் அதிக அலைவெண் கொண்ட fork-ஐ தேர்வுசெய்து அதிர்வுறச் செய்து குழாயின் மேல் முனைக்கு சற்று மேலே வைக்க. குழாய் + fork-ஐ ஒன்றாக மேலே தூக்கி, முதல் வலுவான ஒலி கிட்டும் இடத்தில் காற்று நெடுவரிசை நீளம் $l$ ஐ அளக்க. $f$-உடன் சேர்த்து பதிக.
அடுத்த அலைவெண் கொண்ட fork-ஐ (இறங்கு வரிசையில்) தேர்வுசெய்து, இதே நடைமுறையை மீள் செய்து ஐந்து $(f, l)$ சோடிகளை அட்டவணை 15.1-இல் பதிக.
$l$ vs $1/f$ வரைபடம் வரைக. சாய்வு + $y$-intercept இலிருந்து $v = 4 \times$ சாய்வு, $e = -$ intercept ஐ கணக்கிடுக.

📊 அளவீடுகள்

அட்டவணை 15.1: $f$ (Hz), $l$ (cm), $1/f$ (Hz⁻¹) — ஐந்து வரிசை.

🧮 கணக்கீடு

சாய்வு (cm·Hz) $= v/4$
$v = 4 \times$ சாய்வு (m/s)
$y$-intercept (cm) $= -e$
$e = -y$-intercept (cm)

⚠ முன்னெச்சரிக்கைகள்

Fork கால்கள் குழாய் மேல் முனைக்கு செங்குத்தாகவும், ஒலி குழாய்க்குள் இறங்குமாறும் இருக்க — fork கால்கள் குழாயைத் தொடக்கூடாது.
குழாயை மெதுவாக நகர்த்துக — resonance புள்ளியை கடக்கக்கூடாது.
$l$ ஐ நீர் மட்டத்திலிருந்து குழாயின் மேல் வாய் வரை அளக்க — மேல் வாயை குறிப்பாக சரிபார்க்க.
அதிக அலைவெண் fork-களுக்கு $l$ சிறிய மதிப்பாகும் — fork ஐ மிக அருகில் வைக்க தேவை; குறை அலைவெண்களுக்கு $l$ பெரியது — குழாய் போதிய நீளம் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
வரைபடத்தில் ஐந்து புள்ளிகள் மட்டுமே இருந்தாலும், சாய்வை least-squares (or best-fit line by eye) கொண்டு துல்லியமாக அளக்க.

✅ முடிவு

$v$ (m/s) மற்றும் $e$ (cm) ஐ பதிக. $v \approx 340 – 346$ m/s (அறை வெப்பநிலை). $e \approx 0.6 r$ உடன் ஒப்பிட்டு சரிபார்க்க.

குறிப்புசோதனை 14-உடன் ஒப்பிடும்போது, இந்த முறை ஐந்து forks-ஐ பயன்படுத்தி வரைபட சாய்விலிருந்து $v$ ஐ பெறுவதால் சராசரிப்படுத்தும் வாய்ப்பு உள்ளது — வழு குறையும். ஆனால் ஒவ்வொரு fork-இற்கும் resonance-ஐ துல்லியமாகக் காண்பது அவசியம்.

NIE Physics Practical Handbook (2017) · Experiment 15, pp.34–35

← 14 அனைத்து செய்முறைகள் 16 →