聲音水中傳播速度測(cè)定儀

李婷渟 陳家浩 廖厚華

聲音水中傳播速度測(cè)定儀由發(fā)聲器和接收器構(gòu)成。其中發(fā)聲器由發(fā)令槍、手機(jī)、聲音收集器和防水播聲器組成;接收器由另一部手機(jī)、聲觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路組成。第一部手機(jī)收到空氣中的槍聲信號(hào)后觸發(fā)開(kāi)關(guān)，電路開(kāi)通，電子秒表開(kāi)始計(jì)時(shí);接收器的手機(jī)收到水中槍聲信號(hào)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，電路開(kāi)通，秒表計(jì)時(shí)停止。得到聲音在水中傳播的時(shí)間，從而測(cè)出兩地距離，忽略手機(jī)傳輸時(shí)間，可以計(jì)算出聲音在水中的傳播速度。

◆作品的研究思路與科學(xué)原理

設(shè)：聲音在水中傳播的時(shí)間為t，電子秒表測(cè)定的時(shí)間為t1，兩手機(jī)無(wú)線電傳遞時(shí)間為t2，接收手機(jī)信號(hào)開(kāi)關(guān)電路1延后及干簧繼電器1的響應(yīng)時(shí)間為t3，水中接收到的聲音信號(hào)開(kāi)關(guān)電路2延后及干簧繼電器2的響應(yīng)時(shí)間為t4，即有：v=[st1+t2+t3-t4]。因?yàn)樵趖3和t4電路配置結(jié)構(gòu)相同，所以t3=t4，則t3-t4=0。t2=[sc]（c為無(wú)線電在空氣中的傳播速度，接近光速），因?yàn)閠1>t2，t2可以忽略不計(jì)，所以t=t1，v=[st]。

◆結(jié)構(gòu)分析與制作過(guò)程

◆實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們的實(shí)驗(yàn)水域選擇在貴港市城區(qū)東湖。湖水面積大約550畝，水質(zhì)清，水面寬，水中障礙物少，是理想的實(shí)驗(yàn)水域。實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)如下表：

◆結(jié)論

1. 我們?cè)O(shè)計(jì)兩個(gè)元件配置相同的干簧繼電器開(kāi)關(guān)電路，使兩個(gè)開(kāi)關(guān)電路延后時(shí)間、干簧繼電器響應(yīng)時(shí)間一致，相互抵消。消除了儀器對(duì)測(cè)量時(shí)間的影響因素。

2. 這次我們做的聲音水中傳播速度測(cè)定儀的實(shí)驗(yàn)裝置以及測(cè)試裝置的方法，比1827年，人類(lèi)在日內(nèi)瓦湖進(jìn)行第一次聲音在水中傳播速度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)要好一些，也比一些書(shū)中用來(lái)觀察發(fā)令槍冒煙時(shí)按秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，聽(tīng)到水中槍聲再按停秒表，得出聲音傳播的時(shí)間的實(shí)驗(yàn)方法好一些。優(yōu)點(diǎn)在于提高了精確度，克服了人為的誤差。

3. 填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量聲音在水中的傳播速度的儀器的空白。

在實(shí)踐中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，如現(xiàn)在我們制作出來(lái)的最終成品由于發(fā)聲器的功率不高，聲強(qiáng)小，聲音有效傳播距離受到限制。在同一水域中，實(shí)驗(yàn)所取的有效實(shí)驗(yàn)距離越遠(yuǎn)，聲音在水中傳播速度的精確度越高。未來(lái)，我們將繼續(xù)對(duì)此進(jìn)行研究，增大發(fā)聲器的功率，提高接收器靈敏度和抗水中其他聲音的干擾，以進(jìn)一步提高“聲音水中傳播速度測(cè)定儀”的測(cè)量效果。

（本作品榮獲第35屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽中學(xué)生科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽一等獎(jiǎng) 指導(dǎo)老師：張素添、曾克夫、蘇祖源）