介绍 在本实验中,我们将了解观察到的声音频率如何变化: •源的速度 •观察者的速度 •携带波浪的媒介的速度
我们将使用由风扇产生的气流来模拟所需的条件,以显示多普勒效应如何改变观察到的声音频率。 通过敲击管道或乐器(三角形)产生频率。Picoscope软件用于记录生成频率的频谱。当我们在风扇产生的气流内进行实验,击中相同的管道或乐器(在气流内)并比较风扇开启前后的观察频率时,观察到频率的变化。 在您进行实验之前,我们建议您了解多普勒效应的理论,并考虑该原理的应用(测量高速公路和警察的速度,宇宙的速度和膨胀)。在这种情况下,频率的源或观察者没有速度,但是当风扇接通时,携带空气的速度发生变化。根据实验设置,您可以观察到源频率的正或负变化。如果气流来自源频率(它模拟源频率速度),并且当气流来自观察者时(模拟DrDAQ速度或观察者速度),您可以观察到负变化。
多普勒效应作为一种强大的科学工具 多普勒效应是许多科学和应用技术工作者使用的非常有用和强大的工具。多普勒效应适用于以下研究: •高速公路和高速公路上的汽车速度 •宇宙的大爆炸理论 •星星和星系离我们的速度有多快 这也适用于远距离恒星的研究以及管道中流体的测量速度,而不会干扰研究液体(流量计)的运动。
所需设备 •DrDAQ数据记录器 和 Picoscope示波器软件 •电扇 •频率源:1“直径和10”长的管子或三角形 •金属铅笔或任何金属条。
实验设置 将风扇安装在距离DrDAQ数据记录器3英尺的位置。使用电线,将管道或三角形悬挂在距离DrDAQ 2.5英尺处(管道应位于风扇和DrDAQ之间,并处于同一水平)。检查从风扇到DrDAQ的气流是否足够强且均匀,并且没有气流干扰。 设置Picoscope:您应该运行Picoscope软件,并使用0%的Single和Falling触发模式。选择频谱模式。在高分辨率(4800个频段)和dB中使用触发模式。
进行实验 步骤1.拍摄没有气流的光谱。 设置实验后,在触发模式和光谱中运行Picoscope。用金属条击打管道,以获取所产生声音的光谱。进行多次相同的击打并检查您是否具有重复频谱以及1800至2500 Hz范围内的清晰且强烈的频率。标记您在此范围内观察到的最强频率并将文件另存为
STEP1.PSD 并作为 STEP1.TXT 您应该在1800到2500 Hz的范围内观察到最强频率为5到25 Hz的偏移。这种转变是由气流引入的多普勒效应。在这种条件下取几个光谱来观察效果。
问题和结果讨论 1.为什么我们看到所选频率的变化? 2.为什么频率变化为正? 3.如果我们改变风扇的位置并将气流从声音传感器发送到频率源,观察到的频率如何变化? 4.如果一个男孩撞到管道朝向声音传感器运行,频率会发生什么?(扇子关) 5.如果一个男孩撞到管道远离声音传感器,频率会发生什么?(扇子关) 6.根据多普勒效应理论,我们如何利用频率的变化来测量空气速度?
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