Fakulteta za matematiko in fiziko
Projektno delo pri predmetu Naravoslovna obzorja

ZVOČNI TERMOMETER

Sodelujoči: Marjetka Štrucl Rojko, Larisa Rutar, Simon Besednjak

Mentorice: Urša Skerbiš, Urška Nered, Monika Vidmar

ZAKLJUČKI

Eksperimentov nismo izvajali v profesionalnem laboratoriju, vendar se kljub temu dobljene vrednosti po obeh metodah zadovoljivo ujemajo z izračunanimi vrednostmi. Odtod lahko sklepamo, da so bile naše metode ustrezne, do odstopanj je prišlo pri prvi metodi predvsem zaradi naključnih, pri drugi metodi pa zaradi instrumentalnih nedoločenosti.

Od kod pridejo naključne in instrumentalne nedločenosti & vpliv predpostavk na izračunane rezultate:

Naključne napake pridejo pri prvi metodi od nekonsistentih meritev. Natančnost merilnega območja računalnika je bila od 10^{-6} \text{ s} do 10^{-7} \text{ s}, kar pomeni, da bi se morali časovni intervali ujemati na zadnjem decimalnem mestu. Razlog za neujemanje pripisujemo predvsem interferenci iz okolice, saj je bilo v prostoru, kjer smo izvajali meritev, več ljudi,ki so povzročali zvok (1. predpostavka). Program, s katerim smo izvajali meritve, smo kalibrirali za zvočno jakost tleska, a se je lahko zgodilo, da je v času poteka meritve kakšen posameznik v prostoru povzročil večjo jakost glasnosti kot tlesk. Program je tako pomešal jakosti odmevov in šumov iz okolice. Vseeno pa se iz meritvenih grafov vidi, kdaj je prišlo do zvočnih odbojev. Mikrofon je po prehodu zvoka v cev delno zastrl izhod zvoka iz cevi (3. predpostavka), kar nam je omogočilo, da smo izmerili z računalnikom več časovnih odbojev zvoka. Definitivno nam je ta prepostavka pomagala pri tem, da smo lahko pri posamezni meritvi zajeli večji nabor meritev, ki pa je posledično prispeval k večji naključni napaki. Mikrofon je sprejemal zvočne signale ne le iz cevi, ampak tudi iz okolice, kar lahko pokažemo z meritvami. Pri določenih meritvah je zvok iz okolice presegel kalibrirano mejo jakosti glasnosti, tako da je veljavnost 2. predpostavke ničelna. Temperatura zraka v cevi pa je bila enakomerno porazdeljena (4 .predpostavka), saj smo imeli termometer v cevi potisnjen vsaj v 15 cm v notranjosti cevi in ko smo merilnik potegnili ven iz cevi, se na oti potegovanja temperatura ni spremenila. Postala je različna takrat, ko smo termometer v celoti potegnili iz cevi.

Tako zaključimo, da veljaljo 1., 3. in 4. predpostavka, ne velja pa 2. predpostavka za 1. metodo merjenja.

Pri drugi metodi nam je predvsem subjektivno merilno območje sluha prineslo velika odstopanja. Kako smo merilno območje sluha določili, si oglejte pod zavihkom Analiza meritev - 2.metoda. Ugotovili smo, da nihče od članov skupine nima absolutnega posluha. To se je izkazalo za pravilno ogotovitev kar hitro: nihče ni rekel “ravno pri tej frekvenci slišim resonanco”, ampak smo vsi slišali resonanco v območju, za katerega smo se kompromisno zmenili.

Material, iz katerega je cev narejena, se nam ni zdel preveč pomemben (5. predpostavka). Že ko smo se na uvodnem srečanju pogovarjali, kakšna naj bo izbrana cev, nam je bilo najbolj pomebno, da material ni vnetljiv. Prav tako smo iz praktičnih razlogov izbrali kovinsko cev - hitreje se segreje, material je lažji - kot pa keramično/glineno cev.

Tako je 5. predpostavka veljavna, 6. pa ni.

tabela9
Tabela: Primerjava rezultatov obeh metod.

Glede primerjave metod smo mnenja - kar zadeva končne rezultate - da je kljub težavam pri določevanju območja resonančnih frekvenc v cevi s pomočjo sluha 2. metoda ustreznejša. Razlog je preprost: končna napaka rezultata je skoraj enkrat manjša kot od rezultata pri 1. metodi.

Rezultati so potrdili naše domneve, da se zvok širi počasneje po hladnejšem zraku kot po toplejšem. To lahko pojasnimo tako, da se motnja v mediju širi hitreje, če imajo delci plina večjo hitrost. S tem se poveča kinetična energija medija in posledično motnja hitreje potuje. Obratno velja za hladnejši medij, ki ima manjšo kinetično energijo in zato v njem zvok potuje počasneje. Kasneje smo ugotovili, da ravno te zaključke v grobem opisuje Brownovo gibanje delcev, mi pa smo do njih prišli brez konkretnega znanja termodinamike.