祝贺我校卢冠宇同学获得第30届江苏省青少年科技创新大赛一等奖

2019-08-30作者:科技中心来源:

   他的主要项目是基于多普勒效应研究低压空气中声速的影响因素。物理课上老师一般说空气中声速大约为340m/s,但是既然在固体、液体、气体中的声速不一样,我就想如果空气的状态改变,声速还是340m/s吗?在中国英才计划南京大学导师团队指导下,在查阅资料后,我了解到,声音的传播在常温常压范围内研究较为广泛,但在极端环境下的研究相对较少,例如极端低压空气中。于是,他产生了研究低压空气中声速的传播性质的想法

   他使用多普勒效应测量声速。传统多普勒效应实验需要高速直线导轨,但会占据较大空间,且不易密封。于是想到用旋转法产生多普勒效应,将蓝牙音箱固定于真空壁上,用电机带动录音笔旋转,进而产生多普勒效应测量声速。这样,实验环境就可以控制在一个真空釜内,并且便于气密。低压空气的另一个好处在于,它可以让声速降低,从而让多普勒效应更明显,测量更准确。

        实验中,通过真空泵改变真空釜内气压,并使用电热丝和微型加湿器改变真空釜内温湿度。使用蓝牙音箱播放MATLAB产生的八个频率的单频音波,用旋转的录音笔接收音频信号,通过Adobe Audition CS6分析,将峰值(或谷值)代入多普勒效应公式计算声速,并通过Excel分析数据。结果显示,低压环境下:湿度对声速影响很小;声速与气压四次方根正比的拟合度更高,不同于常压下的平方根正比;声速与温度成负相关,与常压下的理论不同,需要进一步探索。

        从空气的可压缩性角度,从微观层面对实验结果的机理进行了分析。同时,根据实验逆向思路,设计了在极端条件下(如太空站接驳口)具有良好鲁棒性的声传感器,可以实现普通传感器达不到的远距离测量。