Hljóðhraði mældur með bergmáli

Markmið

Þetta verkefni snýst um að mæla fjarlægð með bergmáli.

Inngangur

Hljóð ferðast með ákveðnum hraða í gegnum loft. Hitastig og loftþrýstingur hafa áhrif á hljóðhraðann, en hann er u.þ.b. 340 m/s. Við getum notað hljóðhraðann til að mæla fjarlægðir. Ein leið er að senda frá okkur hljóðmerki, láta það bergmála af fyrirstöðu (t.d. blokk), og mæla tímann sem það tekur að fara vegalengdina.

Áhöld og efni

Skeiðklukka
Reiknivél
Hljóðfæri til að búa til háværa smelli. Þetta getur t.d. verið tveir viðarkubbar sem slegið er saman.

Í þessu verkefni fer best að tvær til þrjár manneskjur vinni saman. Ein sér um að búa til hljóðið, ein mælir tímann, og svo þarf líka að skrá niðurstöður. Skiptist endilega á hlutverkum og kannið hvort þið fáið sömu gildin.

Framkvæmd

Stillið ykkur upp fyrir framan fyrirstöðu sem bergmálar af (t.d. blokk).

Búið til röð hljóðsmella þannig að þið klappið ofan í bergmálið frá síðasta smelli.

Þegar þið eruð komin með góðan takt skuluð þið taka tímann á hæfilegum fjölda smella. Veljið annars vegar nógu mörg til að mæliskekkjur þegar þið byrjið og ljúkið séu ekki hlutfallslega of miklar, og hins vegar nógu fá til að þið ruglist ekki eða fatist flugið.

Skráið hjá ykkur fjölda umferða sem hljóðið fer, og tímann sem það tók. Gætið að byrja að telja fyrstu umferð þegar bergmálið kemur aftur, ekki á fyrsta smelli.

Reiknið út fjarlægð ykkar frá fyrirstöðunni.

Úrvinnsla

Hljóðið ferðast um 340 m/s. Það þýðir að ef hljóðið ferðast í 7,0 s er vegalengdin sem það ferðaðist á þessum tíma $340{\text{ m}}/{\text{s }}\cdot 7,0{\text{ s }}=2400{\text{ m }}=2,4{\text{ km}}$

Ef hljóðið ferðast 10 umferðir er þá hver umferð 240 m. Þar sem hljóðið fór fram og til baka er þá fjarlægðin helmingur hverrar umferðar, eða $240{\text{ m }}/2=120{\text{ m}}$ .

Ítarefni

Markverðir stafir og óvissur

Hljóðhraðinn er hér að ofan gefinn upp með tveimur markverðum stöfum og það sama gildir um tímann. Það ákvarðar hversu nákvæmt gildið er. Útkoman út úr reikningsdæminu getur eðlilega ekki orðið nákvæmari en tölurnar sem fara inn í það og því verðum við að gæta þess að nota ekki fleiri stafi í svarinu.

Ef við reiknum t.d. $340\cdot 7/10/2$ fáum við 119, en til að sýna bara tvo markverða stafi námundum við upp í 120. Núllin eru sumsé ekki talin til markverðra stafa.

Ef við erum með mjög skjálfhenta manneskju eða klukku sem er mjög erfitt að mæla með, þá gæti verið að við verðum að minnka nákvæmnina á tímamælingunni ennþá meira. Til eru aðferðir til að reikna formlega út óvissur afleiddra stærða, en markverðir stafir eru einföld leið til að meta það.

Samanburður við rétt gildi

Þið getið borið gildið ykkar saman við mælingu af kortum ja.is og Google Maps.