Tài liệu giảng dạy môn vật lý lý sinh (phần thực hành)

SỬ DỤNG THƯỚC KẸP, PANME

 Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:

- Giúp sinh viên nắm vững các nguyên tắc cấu tạo du xích của thước kẹp, Panme

- Biết cách sử dụng thước kẹp, Panme để đo kích thước của một số vật nặng bằng những động tác nhẹ nhàng và chính xác

1.1 Mô tả dụng cụ và cách sử dụng

Thước kẹp bao gồm hai hàm A và B, trong đó hàm A cố định với thước thường L1, còn hàm B di chuyển dọc theo chiều dài của thước L1 Hàm B được gắn với một thước nhỏ L2, được gọi là du xích.

- Thước L1 chia đều mm và đánh số từng cm một (1, 2, 3, … cm) Khi hai hàm khít nhau, vạch 0 của L1 trùng với vạch 0 của L2 (du xích)

- Khi hàm A và hàm B cách nhau một khoảng là d thì khoảng ấy có chiều dài tính từ điểm 0 của L1 đến điểm 0 của L2 (Hình 1.2)

- Muốn đo kích thước của một vật ta đặt vật đó giữa hàm A và B và khe đẩy của hàm

Để kẹp chặt vật mà không làm biến dạng, cần mở lỏng ốc D (hình 1.2) và cho hàm B tiến gần đến vật một cách nhẹ nhàng, đảm bảo vật được giữ chặt giữa hai hàm A và B Khi muốn lấy vật ra, chỉ cần trượt ốc D ngược chiều để kéo hàm B ra xa vật.

- Để đọc kích thước đo bằng thước kẹp ta phải nắm được nguyên tắc cấu tạo du xích của thước kẹp

Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 14

1.2 Nguyên tắc cấu tạo du xích

Trên thước L1, một đoạn dài a mm được chia thành b khoảng, mỗi khoảng dài a/b mm Tương tự, trên du xích L2, đoạn dài (a - 1) mm cũng được chia thành b khoảng, với mỗi khoảng dài (a - 1)/b mm Do đó, mỗi khoảng trên du xích ngắn hơn mỗi khoảng trên thước L1 là: (a/b) - ((a - 1)/b) mm.

 = 1/b mm là đại lượng đặc trưng cho du xích

Dựa vào giá trị của  mà ta phân loại các du xích:

- Du xích 1/50 mm tức có  = 1/50 mm

Trong bài thực hành ta dùng du xích 1/50 mm Cấu tạo của du xích này như sau:

- Trên thước thường ta lấy một đoạn dài a = 50 mm chia làm b = 50 khoảng Mỗi khoảng dài: a/b= 1mm

Trên du xích dài 49 mm được chia thành 50 khoảng, mỗi khoảng của du xích sẽ ngắn hơn một khoảng của thước thường là 0.02 mm.

- Mỗi một khoảng chia trên du xích sẽ ngắn hơn 1 khoảng chia trên thước thường là: 0.02mm

- Mỗi n khoảng chia trên du xích sẽ ngắn hơn n khoảng chia trên thước thường là: n. n.0.02mm

Chú ý: Tùy vào giá trị của  trên thước mà khoảng chia trên du xích sẽ khác nhau

Giả sử khoảng chia từ 0 đến 1 trên du xích có số 5 trùng với số 5 của thước thường (n = 5), thì 5 khoảng của du xích sẽ ngắn hơn, cụ thể là 5 × 0,02 = 0,10 mm.

Ta có khoảng cách giữa vạch số 0 trên thước thường và vạch số 0 trên du xích là: d  a    0  0 , 10  0 , 10 mm ; với phần nguyên a = 0

Theo hình 1.1.3, trong khoảng chia từ 0 đến 1, số 5 của du xích trùng với số 15 của thước thường (kể từ số 10, ta có n = 5) Do đó, 5 khoảng cách của du xích sẽ ngắn hơn, được tính bằng công thức n mm = 5 × 0.05 = 0.25.

Ta có, khoảng cách giữa vạch số 0 trên thước thường và vạch số 0 trên du xích là: d = a += 10 + 0.25 = 10,25 mm

Để đọc kết quả từ thước kẹp trong phòng thực hành, người dùng cần tuân theo quy trình đã được chia sẵn, giúp xác định kích thước của vật một cách chính xác.

- Phần mm (phần nguyên a) đọc trên thước thường: vạch ở phía trái và gần vạch số 0 của du xích nhất

- Phần thập phân () đọc trên du xích: vạch trùng với một vạch trên thước thường

2 1 Mô tả dụng cụ và cách sử dụng Panme

Panme bao gồm hai thanh A và B, trong đó thanh A là thanh trụ tròn ngắn và cố định, được gắn với một đai sắt hình chữ U Thanh B là thanh trụ dài hơn nhiều so với thanh A, có tiết diện ngang tương đương với thanh A, và được kết nối với một hệ thống hình trống gồm các thành phần C, D và E.

Khi hệ thống hình trống được xoay, thanh B sẽ xoay cùng với hệ thống hình trống và di chuyển dọc theo trục của chúng.

Trên trục G cố định, có một thước dài L1 được chia thành các vạch 0.5 mm, với các vạch phía trên tương ứng với các giá trị số nguyên 1, 2, 3, 4… mm, trong khi các vạch phía dưới thể hiện các giá trị 0.5; 1.5; 2.5… mm.

- Trên cổ hình trống C, có một thước vòng L 2 chia thành 50 khoảng

Khi hai đầu của thanh A và B tiếp xúc, mép của hình trống C sẽ trùng với vạch số 0 trên thước dài L1, đồng thời đường dọc của thước L1 cũng sẽ trùng với số 0 trên thước vòng L2.

- Khi hai đầu thanh A và B cách nhau một khoảng là d thì khoảng ấy bằng chiều dài từ vạch số 0 của thước dài L 1 đến mép của hình trống C

- Muốn đo kích thước của một vật, ta đặt vật đó vào giữa thanh A và B, lúc đầu ta vặn hình trống D để di chuyển thanh B cho nhanh

Khi thanh B gần chạm vào vật, cần đảm bảo rằng hai đầu thanh A và B kẹp chặt vật mà không gây biến dạng Lúc này, ta ngừng vặn hình trống D và chuyển sang vặn hình trống E.

Khi chặt, hình trống E vẫn xoay nhưng thanh B không còn di chuyển Để sử dụng hiệu quả, cần nắm rõ nguyên tắc cấu tạo của thước vòng Panme.

2.2 Nguyên tắc cấu tạo thước vòng Panme

Khi quay hình trống C một vòng, đầu thanh B di chuyển một đoạn h (mm), được gọi là bước di chuyển của thanh B Trên cổ hình trống C, người ta kẻ một thước vòng L2 bằng cách chia cổ hình trống thành q khoảng cách bằng nhau.

Khi hình trống C quay một khoảng cách q, đầu thanh B di chuyển được một đoạn h (mm) Do đó, khi hình trống C quay một khoảng chia, đầu thanh B sẽ di chuyển một đoạn tương ứng.

 là đại lượng đặc trưng cho Panme, nó cho ta biết mức chính xác của phép đo kích thước bằng panme

- Trong bài thực hành, ta dùng Panme có bước di chuyển h = 0.5 mm và số khoảng chia q = 50, vậy: mm q h/ 0.5/500.01

- Nghĩa là Panme này có thể đo kích thước của vật tới mức chính xác là 0.01 mm (1% mm)

ĐO SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CHẤT LỎNG

- Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

- Đo lực căng mặt ngoài chất lỏng, đo hệ số căng bề mặt

Mặt thoáng của chất lỏng chịu tác động của các lực căng theo phương tiếp tuyến, khiến nó có xu hướng co lại để đạt diện tích nhỏ nhất Những lực này được gọi là lực căng bề mặt, hay còn gọi là lực căng mặt ngoài của chất lỏng.

Một khối chất lỏng luôn có xu hướng giảm diện tích bề mặt để đạt trạng thái ổn định nhất, tương tự như tính chất của một màng căng Sự khác biệt giữa bề mặt chất lỏng và màng căng là khi diện tích bề mặt chất lỏng tăng, các phân tử từ bên trong di chuyển ra bề mặt mà không làm thay đổi độ dày, trong khi đó, diện tích màng căng tăng do các phân tử giãn ra, dẫn đến việc bề dày của màng giảm.

Khi màng cao su bị kéo căng, diện tích của nó sẽ gia tăng do tác động của ngoại lực Ngoại lực này phải có phương tiếp tuyến với màng và ngược chiều với lực co lại của nó Khi đạt trạng thái cân bằng, độ lớn của ngoại lực sẽ bằng với lực co lại của màng.

Lực căng bề mặt chất lỏng làm cho diện tích bề mặt co lại đến mức tối thiểu Khi có ngoại lực làm tăng diện tích bề mặt, lực căng sẽ chống lại sự thay đổi này Lực căng bề mặt có những đặc điểm chính: nó tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng tại vị trí xem xét, vuông góc với đoạn cong nguyên tố l ở bề mặt, và độ lớn của lực tỉ lệ với giá trị của l, cụ thể là F = l.

Để hiểu bản chất vật lý của lực căng bề mặt, ta cần xem xét lực tác dụng của các phân tử lên những phân tử nằm ở bề mặt chất lỏng Cụ thể, lực tác dụng lên phân tử B là vuông góc với mặt thoáng, không gây ra sự dịch chuyển vào trong khối chất lỏng do sự cản trở từ các phân tử khác Khi bề mặt chất lỏng ở trạng thái cân bằng, phân tử B chịu tác động của hai lực cân bằng, dẫn đến tổng hợp lực tác dụng bằng không, khiến phân tử B chỉ dao động quanh vị trí cân bằng Tuy nhiên, khi một trong hai lực này bị mất, phân tử B sẽ dịch chuyển do lực còn lại Điều này cho thấy lực tương tác phân tử và lực căng bề mặt có bản chất tương đồng, với lực căng bề mặt chỉ thể hiện ra khi có sự mất cân bằng lực tác dụng lên phân tử.

Có thể làm rõ hơn khái niệm lực căng bề mặt bằng một thí nghiệm đơn giản (hình 2.2)

Khung cứng với thanh linh động b trượt trên khung được nhúng vào nước xà phòng, tạo ra một màng xà phòng bao quanh thanh b Để màng không co lại, lực f’ cần được tác dụng lên thanh b, và khi ở trạng thái cân bằng, lực này bằng với lực căng bề mặt f Lực căng bề mặt f vuông góc với thanh b và tiếp tuyến với bề mặt màng xà phòng, chống lại sự tăng diện tích bề mặt Khi thanh b di chuyển một đoạn dx, diện tích bề mặt màng xà phòng tăng lên dS 2ldx Công thực hiện bởi lực f’ trong quá trình dịch chuyển này là dA = f’dx, làm tăng diện tích bề mặt và năng lượng bề mặt thêm một lượng dS 2ldx, từ đó dẫn đến f = f’= 2l.

Máy đo sức căng bề mặt DST-30, sản xuất bởi hãng SEO Hàn Quốc, sử dụng phương pháp vòng Du Nouy, một trong những phương pháp phổ biến và đơn giản nhất để đo sức căng bề mặt Ngoài vòng Du Nouy, còn có nhiều phương pháp khác như giọt tròn xoay, áp suất bọt và thể tích giọt.

Thang đo : 0-500 dynes/cm hoặc mN/m Độ phân giải : 1 dynes/m

Dung tích ống đựng mẫu lỏng : 50, 70, 100 ml

Nhiệt độ điều chỉnh : -10 o C đến 100 o C

Nâng lên hạ xuống bằng tay

Vòng (Ring) trong máy đo sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo và sai số Để đảm bảo độ chính xác, cần tránh tác động lên vòng tròn của Vòng, nhằm duy trì các số liệu chuẩn Sau khi thực hiện thí nghiệm, việc vệ sinh và bảo quản Vòng cẩn thận là rất cần thiết.

Để đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác, việc vệ sinh vòng là rất quan trọng Quá trình này thường sử dụng các dung môi có độ phân cực cao như cồn hoặc metanol để loại bỏ tạp chất bám trên vòng Sau khi vệ sinh, cần rửa lại vòng bằng nước cất để loại bỏ hoàn toàn các dư lượng dung môi.

Đốt vòng trên ngọn lửa của đèn cồn hoặc đèn propan cần chú ý hạn chế thực hiện tại các vị trí nối và gờ để tránh làm hỏng các mối giáp nối.

* Để vòng nguội đến nhiệt độ phòng trong vòng vài phút trước khi tiến hành thí nghiệm

1 Đo sức căng bề mặt tại lớp bề mặt phân cách của pha lỏng và pha khí

Xét thí nghiệm đo sức căng bề mặt trong trường hợp pha lỏng là nước, pha khí là không khí

* Chuẩn bị nước trong cốc, được ổn nhiệt tại nhiệt độ mong muốn nhờ máy ổn nhiệt

* Treo quả móc lên giá Đóng nắp trên của thiết bị

* Treo vòng lên quả móc

Để đạt được kết quả tốt, hãy nhúng chìm vòng tròn xuống dưới bề mặt phân cách pha bằng cách điều chỉnh núm xoay Lưu ý rằng vòng tròn nên được nhúng sâu khoảng 5-6mm dưới bề mặt phân cách pha.

* Cấp nguồn cho thiết bị,

* Bật máy, chờ màn hình ổn định Khi hiển thị “Push Enter” thì nhấn “Enter”

* Vào mục “Balance Mode” bằng cách nhấn “Enter” để cài đặt tham số gốc về 0

To access the "Tare" function, use the arrow keys and press Enter to set the parameters The display will show "Wait Zero Adjust." Once the setup is complete, the screen will indicate "Weight."

000,000g” Chọn “End Mode” để quay về màn hình bắt đầu và tiến hành đo

* Chuyển sang chức năng đo sức căng bề mặt bằng cách di chuyển các phím mũi tên để chọn “Tension Mode”

* Chọn “Ring Mode” và chuẩn bị cài đặt các tham số của vòng

Cài đặt tham số vòng theo thông số trên hộp chứa bằng cách sử dụng phím “Enter” để di chuyển đến vị trí cần điều chỉnh Sử dụng các phím mũi tên để tăng hoặc giảm giá trị tham số, và tiếp tục nhấn “Enter” cho đến khi màn hình hiển thị cài đặt thông số D-d và nhiệt độ.

Thông số D-d được xác định là hiệu khối lượng riêng giữa hai pha nước và khí tại nhiệt độ 20 °C Sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ, khối lượng riêng của nước là 0,998 g/ml và của không khí là 0,001 g/ml Do đó, D-d được tính bằng cách lấy 0,998 g/ml trừ đi 0,001 g/ml, kết quả là 0,997 g/ml.

* Cài đặt thông số D-d và nhiệt độ cho máy Nhấn “Enter” cho đến khi màn hình hiển thị

“Set Ring Start Enter Key” thì nhấn “Enter”

Khi màn hình hiển thị “Max G”, hãy từ từ di chuyển cốc để nhấc vòng ra khỏi nước Dừng lại khi vòng hoàn toàn ra khỏi nước và nhấn “Enter” để xem kết quả.

“Tens” hiển thị trên màn hình chính là giá trị sức căng bề mặt của nước tại nhiệt độ cần đo

ĐO ĐỘ NHỚT CHẤT LỎNG

- Khảo sát hiện tượng nhớt của chất lỏng

- Đo độ nhớt của chất lỏng

Khi chất lỏng di chuyển trong ống hình, vận tốc của nó giảm dần từ trục ống đến thành ống Điều này xảy ra do lực ma sát giữa lớp chất lỏng ngoài cùng với thành ống, cùng với lực nội ma sát giữa các lớp chất lỏng.

Lực nội ma sát F ms giữa hai lớp chất lỏng tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách dz, chênh lệch vận tốc dv và diện tích tiếp xúc Hệ số nhớt đặc trưng cho từng loại chất lỏng và giảm khi nhiệt độ tăng, với đơn vị tính là kg/(m.s).

Hình 3.1.Phân bố vận tốc trong ống trụ

Máy đo độ nhớt chất lỏng Brookfield gồm các bộ phận

Hình 3.2 Máy đo độ nhớt chất lỏng Brookfield

 Núm điều chỉnh tốc độ quay của cánh khuấy – Speed Knob

 Cổng nối nguồn điện – Power Supply

 Công tắc điều chỉnh motor với 3 chế độ: Bật, tắt, tạm dừng – Motor On/Off/Pause

 Chân bảo vệ - Guard Leg

- Lắp thân máy vào giá đỡ

- Lắp chân bảo vệ vào thân máy cho LV Viscometer

- Chọn cánh khuấy thích hợp rồi lắp cánh khuấy ( LVspindles) vào thân máy Có 4 cánh khuấy LV spindles được chọn cho mỗi khoảng đo giá trị độ nhớt

- Điều chỉnh sao cho máy ở trạng thái cân bằng bằng cách điều chỉnh các núm xoay chân để để giọt nước nằm chính giữa

- Cắm nguồn cho thiết bị

- Chuẩn bị dung dịch cần đo độ nhớt, hạ trục chính kèm chân đỡ xuống dung dịch cần đo độ nhớt bằng núm xoay trên giá đỡ

- Chọn tốc độ quay cho cánh khuấy

- Bật công tắc động cơ đến vị trí ON

Để đảm bảo máy hoạt động ổn định theo thời gian, thời gian cần thiết có thể thay đổi tùy thuộc vào loại chất lỏng được đo Do đó, nên thực hiện ít nhất 5 vòng đo trước khi tiến hành đọc kết quả.

- Để đọc kết quả, nhấn đòn bẩy xuống và giữ nguyên vị trí của nó Chuyển giá trị động cơ về trạng thái Pause hoặc Off

- Đọc giá trị trên màn hình hiển thị Giá trị này gọi là % mô-men xoắn

Để chuyển đổi giá trị % mô-men xoắn sang giá trị độ nhớt cần đo, bạn cần sử dụng công thức phù hợp cùng với hệ số tương ứng cho từng loại trục chính.

“Giá trị độ nhớt” = “Giá trị trên màn hình hiển thị” x “hệ số”

- Hệ số tương ứng với mỗi loại trục chính sẽ được tra theo bảng

Khi dừng việc đo hoặc thay đổi trục chính hoặc mẫu, hãy chuyển động cơ đến vị trí OFF Để đảm bảo giá trị đo không bị ảnh hưởng trong những lần đo tiếp theo, cần làm sạch trục chính.

Ví dụ: Giá trị hiển thị trên màn hình là 75 (khi sử dụng trục chính là 61, với tốc độ quay của trục chính là 12)

Giá trị độ nhớt = 75 x 5 = 375 cP (mPa.s)

- Thực hành đo độ nhớt với chất lỏng 1

Bảng 1 Đại lượng đo Lần 1 Lần 2 Lần 3 ̅ ̅ v

- Thực hành đo với chất lỏng 2

 Câu hỏi (bài tập) củng cố:

Câu 1: Hiện tượng nhớt là gì

Câu 2: Nêu ý nghĩa của hệ số nhớt và ứng dụng của hệ số nhớt trong y học

Câu 3: Hệ số nhớt có phụ thuộc vào nhiệt độ không? Tại sao?

KHẢO SÁT HIỆU ỨNG DOPPLER

- Xác định một số đại lượng đặc trưng của sóng siêu âm như vận tốc, bước sóng, tần số, dạng sóng…

- Tìm hiểu về tính chất của sóng siêu âm như nhiễu xạ, giao thoa, phản xạ trong một số trường hợp

1 Hiệu ứng Doppler là gì?

Khi nguồn phát và nguồn thu sóng âm đứng yên tương đối, tần số âm thanh mà nguồn phát ra và nguồn thu nhận được sẽ giống nhau Tuy nhiên, khi hai nguồn này chuyển động tương đối, tần số phát và tần số thu sẽ khác nhau, điều này dễ dàng nhận thấy.

Hiệu ứng Doppler là hiện tượng lệch tần số giữa nguồn phát và nguồn thu khi chúng di chuyển tương đối với nhau Khi đứng yên, ta nghe thấy tiếng ô tô đến gần với tần số ngày càng cao, và khi ô tô rời xa, tần số âm thanh lại giảm xuống, tạo cảm giác như âm thanh trở nên trầm hơn.

Gọi u là vận tốc chuyển động của nguồn âm A, u' là vận tốc chuyển động của máy thu

Vận tốc truyền âm được ký hiệu là B và v, trong đó v chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền âm mà không bị ảnh hưởng bởi chuyển động của nguồn âm Chúng ta quy ước rằng khi nguồn âm tiến gần máy thu, vận tốc u sẽ lớn hơn 0, và khi nguồn âm rời xa máy thu, u sẽ nhỏ hơn 0 Tương tự, nếu máy thu tiến gần nguồn âm, vận tốc u' sẽ lớn hơn 0, còn khi máy thu rời xa nguồn âm, u' sẽ nhỏ hơn 0 Thêm vào đó, tần số ν của âm phát ra từ nguồn âm tương ứng với số sóng âm đã được truyền đi trong một đơn vị thời gian.

Tần số âm thanh được xác định bởi số lượng sóng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian Để tính tần số âm mà máy thu nhận, chỉ cần đếm số sóng âm mà máy đã tiếp nhận trong khoảng thời gian đó.

Xét trường hợp tổng quát: Nguồn âm và máy đều chuyển động (u ≠ 0, u' ≠ 0)

Khi nguồn âm và máy thu di chuyển về phía nhau (u > 0, u' > 0), vận tốc truyền âm v sẽ được tăng thêm một lượng u', dẫn đến vận tốc mới v' = v + u'.

Vận tốc âm v chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền âm, không bị ảnh hưởng bởi chuyển động của nguồn âm Khi nguồn âm di chuyển, vận tốc âm không thay đổi, nhưng bước sóng λ của âm phát ra sẽ thay đổi Sóng âm có tính chất tuần hoàn trong không gian, với chu kỳ tương ứng với bước sóng λ, nghĩa là hai sóng liên tiếp phát ra sẽ có mối liên hệ với nhau.

Khi nguồn âm A đứng yên, sau một khoảng thời gian bằng chu kỳ T, sóng a phát ra từ nguồn sẽ truyền đi một đoạn λ = vT Sóng b do nguồn A phát ra sẽ cách sóng a một đoạn bằng bước sóng λ Tuy nhiên, vì nguồn A chuyển động với vận tốc u, trong khoảng thời gian T, nguồn A đã di chuyển một đoạn bằng uT.

A đi tới gặp máy thu B (u > 0) thì sóng b vừa phát ra phải cách sóng a một đoạn: λ' = λ – uT

Bước sóng âm phát ra từ nguồn A đã giảm xuống một lượng uT, trở thành λ' Cuối cùng, ta có thể tính được tần số âm mà máy thu nhận được khi nguồn âm và máy thu di chuyển về phía nhau.

Công thức (1) cho thấy rằng khi nguồn âm và máy thu lại gần nhau, tần số âm mà máy thu nhận được sẽ cao hơn tần số âm do nguồn phát ra (ν' > ν) Ngược lại, khi nguồn âm và máy thu di chuyển xa nhau (u < 0, u' < 0), tần số âm nhận được sẽ thấp hơn tần số âm phát ra (ν' < ν).

Khi hai xe ô tô gặp nhau, một xe bấm còi trong khi xe còn lại không Người ngồi trên xe không bấm còi nghe thấy âm thanh còi từ xe thứ nhất cao hơn bình thường Khi hai xe đi qua nhau và xa dần, âm thanh còi mà người ngồi trên xe thứ hai nghe thấy sẽ giảm xuống.

1 Tìm dạng sóng trên máy hiện sóng Oscilloscope

 Bộ phát sóng siêu âm 40kHz

 Bút siêu âm và hệ đỡ

 Cấp nguồn cho bảng mạch

 Bật chuyển các nguồn S1, S2, S3 như vị trí trong hình

 Bộ phát sóng siêu âm 40 kHz liên kết với G1

 Bút siêu âm nối với đầu vào kênh A

 Kê giấy kẻ bên dưới như hình vẽ

 Nối đầu ra kênh A với bộ hiện sóng kênh CH1: 2V/div, 5us/div, DC, CH1

 Đặt sao cho đầu bút thẳng hướng với bộ phát sóng siêu âm và 2 đầu cách nhau 10cm

 Đặt bút siêu âm tại điểm X

 Vặn núm xoay trên G1 đồng thời theo dõi sự biến thiên của sóng trên máy hiện sóng

 Quan sát sự thay đổi khi độ khuếch đại nhỏ” song sin tròn” và hiện tượng xảy ra khi độ khuếch đại quá lớn” cutoff”

 Di chuyển bút siêu âm lại gần đầu phát và quan sát hiện tượng (vẽ hình)

 Thay bút siêu âm bằng đầu thu âm( microphone) và quan sát hiện tượng khi thực hành tương tự với bút siêu âm(vẽ hình)

 Nối đầu ra bộ khuếch đại kênh B với CH2 của máy hiện song( 2V/div, 5us/div, DC, trigger: CH2)

 Đặt trục Zero của cả hai kênh ở giữa trục của máy hiện song

 Nối đầu thu âm với đầu vào kênh B và quan sát dạng sóng( vẽ hình)

 Ngắt đầu thu âm ra và bật công tắc S2 lên phía trên và quan sát dạng sóng của nguồn phát.(vẽ hình)

2 Xác định bước sóng và vận tốc sóng

Xác định vận tốc bằng cách đo 20 bước sóng ở 40kHz.

 Bộ phát sóng siêu âm 40kHz

 Bút siêu âm và hệ đỡ

 Lắp điện cho hệ thống

 Bộ phát sóng siêu âm 40 kHz liên kết với G1

 Bút siêu âm nối với đầu vào kênh A

 Kê giấy kẻ bên dưới

 Đặt sao cho đầu bút thẳng hướng với bộ phát sóng siêu âm và 2 đầu cách nhau 10cm

 Vặn cho biên độ của G1 đạt giá trị lớn nhất

 Ghi lại giá trị tần số sóng

 Di chuyển bút siêu âm xa khỏi bộ phát sóng nhưng đảm bảo phải thẳng hàng đến khi nào độ sáng của bộ phát là nhỏ nhất

 Đánh dấu vị trí đầu bút siêu âm và ghi tại đó giá trị là 0

 Tiếp tục di chuyển bút siêu âm như vậy cho đến khi đạt được 20 giá trị

 Đo khoảng cách giữa 20 giá trị đó ( tìm bước sóng )

 Lập công thức và tính vận tốc

3 Thí nghiệm đo cường độ âm của nguồn phát siêu âm và tìm những điểm cùng cường độ âm

 Bộ phát sóng siêu âm, 40kHz

 1 cáp BNC chân nhỏ loại 4mm

 1 đồng hồ vạn năng Escola 10, 1 bút chì

 Cấp nguồn cho bảng mạch

 Bộ phát sóng siêu âm 40kHz liên kết với G1

 Đầu dò siêu âm nối với đầu vào kênh A

Kết nối đầu ra kênh A với đồng hồ vạn năng Escola 10 bằng cách nối dây đỏ vào cực dương và dây xanh vào cực âm, như trong hình vẽ.

 Sử dụng giấy ghi C kê phía dưới

 Đặt đầu dò siêu âm và nguồn phát siêu âm vào vị trí được định sẵn trên tờ giấy ghi

 Chỉnh núm điều chỉnh tần số của G1 sao cho trên đồng hồ vạn năng chỉ giá trị 2V

 Di chuyển đầu dò siêu âm để tìm những điểm khác tại đó điện áp cũng đạt giá trị 2V

 Đánh dấu lại những điểm này

 Vẽ đường cong nối các điểm vừa tìm được

Sau khi xác định tất cả các điểm có biên độ đạt giá trị 2V, tiến hành lặp lại quy trình để tìm ra tất cả các điểm có biên độ đạt giá trị 3V.

 Vẽ đường cong nối các điểm vừa tìm được và rút ra nhận xét

POWER: Công tắc chính của máy, khi bật công tắc lên thì đèn LED sẽ sáng

INTEN: Điều chỉnh độ sáng của điểm hoặc tia

FOCUS: Điều chỉnh độ sắc nét của hình

TRACE RATOTION: Điều chỉnh tia song song với đường ngang màn hình

FILTER: Màn hình CTR hiển thị đồ thị dao động

CH1 (X): Đầu vào CH1 là trục X trong chế độ X-Y

CH2 (Y): Đầu vào CH2 là trục Y trong chế độ X-Y

AC-GND-DC: Chọn lựa chế độ của tín hiệu vào và khuếch đại dọc

 GND khuếch đại dọc tín hiệu vào được nối với đất và tín hiệu được ngắt ra

VOLTS/DIV: Chọn lựa độ nhạy của trục dọc từ 5mV/DIV đến 5V/DIV, tổng cộng là

VARIABLE: Chỉnh tinh độ nhạy với giá trị >1/2.5 giá trị đọc được

POSITION: Điều chỉnh vị trí ngang của tia sáng trên màn hình

VERT MODE: Lựa chọn kênh

 DUAL: Hiển thị cả 2 kênh

 ALL: Cộng 2 dạng sóng kênh A và kênh B lại với nhau (về biên độ) để cho ra dạng sóng tổng

Khi nút ALT/CHOP được nhả ra trong chế độ DUAL, kênh 1 và kênh 2 sẽ hiển thị luân phiên Ngược lại, khi nút này được nhấn vào trong chế độ DUAL, kênh 1 và kênh 2 sẽ hoạt động theo cách khác.

2 được hiển thị đồng thời

EXT TRIG IN: Đầu vào Trigger ngoài, để sử dụng đầu vào này, ta điều chỉnh Source ở vị trí EXT

SOURCE: Dùng để chọn tín hiệu nguồn trigger (trong hay ngoài) và tín hiệu đầu vào

 CH1: Chọn DUAL hay ADD ở VERT MODE, chọn CH1 để lấy tín hiệu nguồn trigger bên trong

 CH2: Chọn DUAL hay ADD ở VERT MODE, chọn CH2 để lấy tín hiệu nguồn trigger bên trong

TRIG.ALT: Để sử dụng chế độ VERT MODE, bạn cần chọn DUAL hoặc ADD, sau đó lựa chọn nguồn là CH1 hoặc CH2 Khi nhấn TRIG.ALT, nguồn TRIGGER sẽ hiển thị luân phiên giữa hai kênh 1 và 2.

 LINE: Hiển thị tín hiệu TRIGGER từ nguồn xoay chiều AC

 EXT Chọn nguồn tín hiệu TRIGGER bên ngoài đầu vào EXT TRIG IN

 (+): Trigger xảy ra khi tín hiệu trigger vượt quá mức trigger theo hướng dương

 (-): Trigger xảy ra khi tín hiệu trigger vượt quá mức trigger theo hướng âm

TRIGGER MODE: Lựa chọn chế độ Trigger

Nếu không có tín hiệu trigger hoặc tín hiệu này nhỏ hơn 25Hz, mạch quét sẽ phát tín hiệu tự do mà không cần tín hiệu trigger.

 Norm: Khi không có tín hiệu trigger thì mạch quét ở chế độ chờ và không có tín hiệu nào được hiển thị

 TV-V: Dùng để quan sát tín hiệu dọc của hình ảnh trong TV

 TV-H: Dùng để quan sát tín hiệu ngang của hình ảnh tỏng TV

XÁC ĐỊNH NGƯỠNG NGHE, NGƯỠNG PHÂN BIỆT TẦN SỐ CỦA NGƯỜI

Khảo sát các đặc tính vật lý và sinh lý của âm thanh bao gồm tần số và độ cao, cường độ và mức cường độ, cũng như độ to của âm Nghiên cứu này còn xác định ngưỡng nghe và ngưỡng phân biệt tần số âm thanh của con người.

Tần số và cường độ âm thanh, bao gồm âm thanh, hạ âm và siêu âm, được tạo ra từ các dao động cơ học trong môi trường đàn hồi, hình thành sóng âm Sóng âm có khả năng truyền qua không khí, nước và các vật liệu rắn như kim loại, nhưng không thể lan truyền trong chân không.

Nguồn âm là vật phát ra dao động cơ học tạo thành sóng âm, với tần số của sóng âm tương ứng với tần số dao động của nguồn âm Khi sóng âm truyền qua các môi trường khác nhau, tần số không thay đổi nhưng tốc độ và bước sóng sẽ thay đổi Sóng âm được chia thành ba loại dựa trên tần số: âm thanh (16Hz - 20.000Hz), hạ âm (dưới 16Hz) và siêu âm (trên 20.000Hz) Khi xa nguồn âm, biên độ dao động của sóng âm giảm dần, dẫn đến hiện tượng tắt dần trong không gian Cường độ sóng âm được đo bằng năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian, với đơn vị là W/m².

Khi một nguồn âm có công suất P (W) phát ra sóng cầu theo hướng đẳng hướng trong không gian, nếu môi trường không hấp thụ âm, thì tại điểm M cách nguồn một khoảng R, cường độ sóng âm I được xác định.

Có một giá trị cường độ âm được quy định là cường độ âm chuẩn I0, có độ lớn bằng

Mức cường độ âm (L) được sử dụng để đánh giá cường độ âm (I) so với cường độ âm chuẩn (I0), với giá trị cường độ âm nằm trong khoảng 10 - 12 W/m² Âm thanh này rất nhẹ, chỉ có thể được nghe thấy bởi những người có thính giác nhạy bén trong môi trường yên tĩnh.

Đơn vị L được gọi là Ben (viết tắt là B), được đặt theo tên nhà vật lý A.G Ben, người có nhiều nghiên cứu về cảm thụ âm thanh của con người Trong thực tế, đơn vị thường được sử dụng là đề-xi Ben (dB), trong đó 1 dB tương đương với 0.1 B.

2 Đặc tính sinh lý của âm

Con người cảm thụ âm thanh thông qua cơ quan thính giác, cho phép họ nhận biết sự vận động của thế giới xung quanh Tai người có khả năng phân biệt âm thanh theo độ cao, độ lớn và âm sắc khác nhau, phản ánh các đặc tính sinh lý của âm Độ cao của âm liên quan trực tiếp đến tần số âm: tần số cao tạo ra âm thanh cao, trong khi tần số thấp tạo ra âm trầm Tuy nhiên, tai người không thể nghe được âm trầm dưới 16 Hz (hạ âm) và âm cao trên 20.000 Hz (siêu âm), đánh dấu các ngưỡng phân biệt tần số âm thanh.

Trong tài liệu giảng dạy môn Thực hành Vật lý – Lý sinh, trang 40, đề cập đến khả năng nghe âm thanh của con người và một số loài động vật Con người có thể nghe âm thanh trong phạm vi tần số âm và siêu âm, trong khi cá voi có khả năng nghe hạ âm, còn dơi và chó có thể tiếp nhận siêu âm.

Tai người có khả năng phân biệt âm thanh với độ to khác nhau, phụ thuộc vào cường độ và tần số âm Một âm thanh có cường độ 60dB ở tần số 1000Hz được cảm nhận là to, trong khi ở tần số 50Hz lại rất nhỏ Ngưỡng nghe là mức cường độ âm thanh nhỏ nhất mà tai người có thể nhận biết ở một tần số nhất định Một người có thính lực bình thường có thể nghe được âm thanh rất khẽ, như tiếng tích tắc của đồng hồ ở khoảng cách 10cm vào ban đêm, nhưng không thể nghe khi ở nơi ồn ào Ngưỡng nghe không chỉ phụ thuộc vào cường độ, tần số và cấu trúc thính giác mà còn bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn xung quanh Khoảng cường độ "nghe được" của tai người rất rộng, từ 10^-13 W/m² (-10dB) đến 10 W/m² (130dB), và tai người khó phân biệt âm thanh có cường độ khác nhau hàng chục lần Do đó, "ngưỡng nghe" không phải là đại lượng vật lý xác định chính xác, nhưng việc lập biểu đồ thính lực đồ giúp đánh giá mức độ thính lực của một người.

- Nếu ngưỡng nghe ở mức -10dB đến 25dB : cơ quan thính giác bình thường

- Từ 25 40 dB : điếc nhẹ, “nặng tai”, “nghễnh ngãng”

Người bị điếc sâu chỉ có thể nghe được tiếng bom nổ, tiếng sét đánh…

3 Bộ dụng cụ thí nghiệm

Hình 5.1 Thí nghiệm về đặc tính sinh lý của âm – Xác định ngưỡng nghe, ngưỡng phân biệt tần số của người

1 Máy phát hàm số 0,2 Hz- 2Mhz, có 7 dải đo, chỉ thị tần số , biên độ hiện số, hai nút suy giảm 20 dB và 40 dB

2 Dao động kí điện tử Hai kênh 20 MHz, ĐCNN 5mV/cm

3 Bộ phối hợp HF Stereo Ampl MC -254

6 Máy đo mức cường độ âm

9 Cáp đồng trục và dây tín hiệu

II THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM

1.1 Cấu tạo và sử dụng máy phát hàm

Máy phát hàm VC2002 là thiết bị tạo ra điện áp hình sin với tần số có thể điều chỉnh từ 0.2 Hz đến 2.000.000 Hz Biên độ điện áp của máy phát này có thể điều chỉnh liên tục từ 2V đến 10V, cùng với độ suy giảm từ 20-40 dB, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng.

1 - Núm xoay tần số (F.Adj) : dùng điều chỉnh tần số tín hiệu ra trong phạm vi thang đã chọn ( xem (7)

2 - Núm xoay Biên độ ( A.Adj) : dùng điều chỉnh biên độ tín hiệu ra

3 - Núm xoay nghiêng tín hiệu (D.Adj): Dùng cân chỉnh dạng tín hiệu hình sin, điều chỉnh tạo dạng cho tín hiệu răng cưa từ tín hiệu hình tam giác

4 - Lỗ cắm đồng trục “OUT”cho tín hiệu ra

5 - Nút nhấn “ATT” suy giảm tín hiệu ra 20dB và 40dB

6 - Nút nhấn “WAVE” dùng để chọn dạng sóng : “1”: Hình sin; “2”: Xung vuông; “3”: Tam giác, răng cưa

7 - Nút nhấn “RANGE “dùng chọn thang tần số, có 7 dải tần , được biểu thị bởi các con số từ 1 đến 7: “1” : 0.2 - 3 Hz; “2” : 2- 20 Hz; “3” : 15 - 250 Hz ; “4”: 125 - 2500 Hz;

Trong bài thí nghiệm này, ta chỉ dùng thang “3”, “4” và “5”

8 - Nút nhấn "RUN", cho máy "chạy", thực hiện tất cả các lệnh đã đặt

9 - Nút nhấn “RESET” : dùng để thiết lập lại trạng thái "0" ban đầu

10 - Cửa số hiển thị số , có 3 chữ số, để hiển thị biên độ điện áp tín hiệu ra theo đơn vị

Cửa số hiển thị số gồm 6 chữ số, dùng để thể hiện chế độ hoạt động (từ 1 đến 3: dạng sóng), số chỉ thang tần số (thang 1-7) và giá trị tần số tín hiệu ra được thiết lập khi nhấn nút RUN.

Mặt sau có: Công tắc nguồn và dây cắm nguồn 220V 50Hz

Các núm xoay chọn tần số, điều chỉnh biên độ và điều chỉnh độ nghiêng tín hiệu có cấu tạo tinh vi, yêu cầu thao tác chậm và nhẹ nhàng để tránh hư hỏng Khi xoay đến cữ, cần dừng ngay để không gây ra hư hỏng nghiêm trọng.

1.2 Cấu tạo và sử dụng Dao động kí điện tử

Cách sử dụng máy dao động kí Oscilloscope Gos – 630 trong bài 4

1.3 Bộ phối hợp HF Stereo AMPL MC-254

Hình 5.3 Bộ phối hợp HF Stereo AMPL MC – 254

1 - Chuyển mạch K1: Chuyển tín hiệu từ máy phát qua mạch Tai nghe (HP) hoặc Loa điện động (SP)

2 - Input Hz : Đưa tín hiệu vào từ máy phát

3 - HP volume : Điều chỉnh âm lượng tai nghe

4 - HP ( Single/ Dual ) Lỗ cắm tai nghe ( nghe một tai, hai tai)

5 - K2 ( L/R) Chuyển mạch tai nghe (tai trái /tai phải) dùng cho lỗ cắm Single

6 - OUT HP : Đưa tín hiệu tai nghe ra ngõ đồng trục BCN chuyển tới Dao động kí điện tử

7 - SP Volume: Điều chỉnh âm lượng loa điện động

8 - SP : Ổ 5 chân , đưa tín hiệu ra loa điện động

9 - OUT SP : Đưa tín hiệu LOA ra ngõ đồng trục BCN để chuyển tới input CH2 Dao động kí điện tử

1.4 Máy đo mức cường độ âm thanh

Hình 5 4 Máy đo mức cường độ âm

1 - Microphone áp điện và mũ lọc gió

3 - Tốc độ lấy mẫu ( nhanh/chậm)

Để kết nối bộ phối hợp MC-254 với các thiết bị ngoại vi, bạn cần sử dụng 2 cáp đồng trục BCN để nối với lối ra tín hiệu của máy phát hàm VC2002 và lối vào kênh 2 của dao động kí điện tử Ngoài ra, hãy dùng dây tín hiệu có phích 5 chân để kết nối với loa điện động, và sử dụng jắc cắm tai nghe Stereo để nối vào DUAL.

Microphone áp điện được kết nối vào lỗ cắm INPUT của Bộ khuếch đại MIKE MC-253, trong khi lỗ cắm AC output của MC-253 được nối với kênh 1 của dao động ký điện tử Các thiết bị này được sử dụng để quan sát dạng sóng âm.

3 Lắp máy đo mức cường độ âm và Microphone áp điện lên giá quang học tại vị trí

1000 và 100 mm, tương ứng Loa điện động đặt cách đầu thu của máy đo mức cường độ âm đúng 100cm

3.1 Đo ngưỡng phân biệt tần số :

1 Bật điện máy phát hàm

2 Nhấn nút WAVE 1 lần để chọn dạng sóng “1” ( hình sin)

3 Nhấn nút RANGE để chọn thang tần số “5” (1200Hz – 25.000Hz Hz )

Nhấn nút RUN để khởi động các chức năng đã thiết lập, trên màn hình sẽ hiển thị tần số và biên độ tín hiệu Đảm bảo núm D.Adj được đặt ở giữa thang, sau đó đeo tai nghe và điều chỉnh âm lượng đến mức vừa đủ để nghe âm thanh phát ra.

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	2,36 MB