Ljudets hastighet

Syfte: 

Vi skulle se vad ljudets hastighet i luft är. 

Material: 

luftpelare (rör), plastcylinder med vatten, stativ, stämgaffel, 

Utförande: 

Vi satte ihop delarna enligt bilden nedan. När vi hade spänt fast luftpelaren skulle vi använda stämgaffeln för att se vid vilket tillfälle man kunde höra en ton, vilket då skulle vara första resonansläget. Det gjorde vi genom att slå med gaffeln i ett bord och sedan hålla den över luftpelaren. Om luftpelaren skulle vara vid rätt läge från början, skulle man höra tonen direkt, men det var den inte. Så vi fick förstora och förminska längden på luftpelaren genom att flytta den uppåt och nedåt. Varje gång vi förstorade eller förminskade längden slog vi även med stämgaffeln i bordet för att se om tonen uppstod eller inte. Tillslut kunde vi höra en ton, och då var luftpelarens längd (den delen över vattnet) 19,1 cm, vilket då var det första resonansläget. Men nu hade vi fortfarande inte fått reda på ljudets hastighet, som var syftet med laborationen, utan bara luftpelarens längd. Men för att få reda på ljudets hastighet så måste man ta våglängden gånger stämgaffelns svängningstal. För att få reda på ljudets våglängd så räknar man 4 gånger luftpelarens längd, dvs 4 x 19,1 = 76,4 cm = 0,764 m. Stämgaffelns svängningstal var 440, så vi kunde då räkna ut att det vi fick ljudets hastighet att bli var 336,16 m/s (0,764 x 440). 

Resultat: 

Jag och Karolina hann bara hitta första resonansläget. Första resonansläget är 1/4 av en tons våglängd. Andra resonansläget är 2/4 av en tons våglängd, tredje resonansläget är 3/4 och fjärde resonansläget är då en hel tons våglängd. Så alltså, om vi skulle utgått från vårt resultat, då vi fick första resonansläget till 19,1 cm, kan man räkna ut vilka siffror de tre andra resonanslägena skulle haft, alltså genom att multiplicera det första värdet med x2, x3 och x4. Jag har gjort en tabell i form av hur det då skulle kunnat se ut. 

Om man hade tagit medelvärdet av alla i gruppens resultat tillsammans tror jag man hade fått ett mycket mer exakt svar, för ju fler resultat man har, desto exaktare blir det. Och det blev ju också den andra gruppens medelvärde, då deras resultat tillsammans blev 39,7. 

Slutsats: 

Resonansläget uppstod, för att när vi slog med stämgaffeln sattes den i vibration, och när vi satte den vibrerande stämgaffeln mot luftpelarens kant åkte ljudvågor ner genom röret, och sedan till vattnet. När våglängden kommer i vattnet reflekteras en del av våglängden uppåt och när den våglängden som går ner och den som går upp möts så de går i exakt samma takt bildas en förstärkt ton av de två, resonans, och då är tonen förstärkt. Det var därför man fick ändra ställning på luftpelaren, för att hitta det exakta läget då de två ljudvågorna möts. 

Felkälla: 

Ju mer noggrann man var när man mätte, desto mer exakta resultat skulle man få. Vi fick ju ljusets hastighet att bli 336,16 m/s, och ljudets exakta hastighet är 340 m/s. Vårt resultat var nära, men det var inte exakt. Och i och med att vi inte fick ett exakt resultat när vi mätte luftpelarens längd så kan ju tabellresultaten i vara helt exakta heller. Det är för att vi utgick från vårt första resultat när vi skulle räkna ut de andra resonanslägena (vi hann inte pröva mer än ett) och i och med att vårt första inte stämde helt korrekt, gör ju inte de andra resultaten det heller. Men det är på ett ungefär. Man kunde räknat ut det först och sen prövat det med luftpelaren för att se om det stämde och sedan flytta röret uppåt och nedåt tills man fick fram en ton och sedan mäta exakt men det var det vi inte hann.
Det var även svårt att mäta med en linjal och man fick inte fram exakta svar. 

Här är video med olika tonhöjder. Hertz motsvarar svängningar per sekund, då t.ex 440 Hertz är 440 svängningar per sekund. 440 Hertz är även stämgaffelns svängningstal.