Lydfart i stål

Hensikten med dette forsøket er å benytte seg av muligheten for rask logging til å finne lydfarten i jern og få erfaring med bruk av dataloggingsutstyret og tilhørende programvare.

Carl Angell
Øyvind Guldahl
Ellen K. Henriksen
Seksjon for fysikkdidaktikk – "Skolelaboratoriet", UiO

Utstyr til dataloggingsforsøket om lydfart.

Framgangsmåte

Legg spolen rundt jernstanga og kople spenningssensoren til spolen.

Skisse over forsøket.

Oppgave

Tenk på hammerslaget som en lydpuls (”én bølgetopp”) som forplanter seg gjennom stanga, reflekteres i enden og går tilbake, og så videre. Hva representerer avstanden mellom to topper (to bunner) på grafen?
Finn tidsavstanden mellom toppene/bunnene så nøyaktig som mulig og beregn lydfarten i jernstanga. Tips: Mål tidsavstanden mellom for eksempel 10 topper/bunner og del på 10 – da blir nøyaktigheten bedre.

Tabellverdien for lydfart i stål er omkring 5000 m/s (litt avhengig av hvilken type stål det er snakk om).

Faglig forklaring

Jernstanga vil alltid være litt magnetisk. Den lille bevegelsen av jernet i en lydimpuls som går fram og tilbake langs stanga og reflekteres i hver ende, vil kunne indusere en spenning i en spole som ligger rundt den ene enden av stanga. Effekten kan forsterkes ved å legge stavmagneten på stanga like ved spolen.

Tabellverdien for lydfart i stål er omkring 5000 m/s.

Kommentarer/praktiske tips

Det er ganske mye støy i disse målingene, så det gjelder å studere et område av kurven som kommer ganske fort etter slaget (dette kan man tydelig identifisere på grafen når bildet er ”zoomet ut”). Toppene/bunnene ligger tett; det er stort sett bare et par målepunkter pr bunn når målefrekvensen er 20 000 Hz.

I beregningen av lydfart må man bruke to ganger stangas lengde, for avstanden mellom to bunner eller to topper representerer tiden det tar mellom hver gang lydpulsen passerer gjennom spolen i samme retning. I våre forsøk på Skolelaboratoriet er det, av uviss grunn, alltid bunnene som er lettest å identifisere på grafen.

Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)

Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
- Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
- Vg1 SF
  
  utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM818)
- Vg3 Påbygging
  
  utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM734)