Προσδιορισμός της επιτάχυνσης της βαρύτητας με χρήση της κάρτας ήχου (μέθοδος απλού εκκρεμούς - IΙ)

Το μικρόφωνο τύπου electret που συνήθως χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές αποτελούνται από μια μόνιμα φορτισμένη πολύ λεπτή μεμβράνη διηλεκτρικού, χωριζόμενη με μονωτικό δακτύλιο από μικρό μεταλικό δίσκο. Το σύστημα αποτελεί έναν πυκνωτή του οποίου η χωρητικότητα μεταβάλλεται καθώς εξωτερική πίεση λόγω ηχητικών κυμάτων εξαναγκάζει σε ταλάντωση τη μεμβράνη. Οι μεταβολές αυτές της χωρητικότητας οδηγούν σε αντιστοιχες μεταβολές τάσης μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή και τελικά σε μεταρτοπή του ήχου σε ηλεκτρικό ρεύμα. Συνήθως τα μικρόφωνα αυτά περιλαμβάνουν και ένα τρανζιστορ τύπου FET που μειώνει την αντίσταση εξόδου τους και αποτελεί και το πρώτο στάδιο ενίσχυσης του παραγόμενου σήματος.

Σχηματικό διάγραμμα ενός μικροφώνου electret (από τη σελίδα Openmusiclabs)

Περισσότερες πληροφορίες για τα μικρόφωνα τύπου electret μπορούν να βρεθούν στη σχετική σελίδα  του Openmusiclabs.

Ένα πολύ ασθενές σήμα παράγεται από το μικρόφωνο electret, καθώς τάση επάγεται στο μικρόφωνο όταν ένα ισχυρός μαγνήτης νεοδυμίου κινείται σε πολύ μικρή απόσταση από το μικρόφωνο. Για την καταγραφή του σήματος πρέπει να ρυθμιστούν (μέσω του μίκτη των Windows ή των σχετικών ρυθμίσεων του Πίνακα Ελέγχου) τα επίπεδα ηχογράφησης στο μέγιστο δυνατό. Ακόμη και έτσι το σήμα είναι εξαιρετικά ασθενές.

Το σήμα κατά την κίνηση μαγνήτη εμπρός από μικρόφωνο τύπου electret

Κατασκευάζουμε εκκρεμές μήκους L = 0,735 m. Αντί σφαιριδίου χρησιμοποιούμε μικρό μεταλλικό κύλινδρο μάζας περίπου 50 g, στο κάτω άκρο του οποίου στερεώνεται μικρός αλλά ισχυρός μαγνητικός δίσκος νεοδυμίου. Στη θέση ισορροπίας του εκκρεμούς, ακριβώς κάτω από το μαγνήτη και σε απόσταση 3-4 mm από αυτόν τοποθετείται το συνδεδεμένο στην κάρτα ήχου μικρόφωνο.

Η πειραματική διάταξη

Κατά την ταλάντωση του εκκρεμούς ο μαγνήτης διέρχεται πάνω από το μικρόφωνο και καταγράφεται το παραγόμενο σήμα με το Audacity.  Επειδή το σήμα όπως έχουμε ήδη αναφέρει είναι πολύ ασθενές, το επιλέγουμε στο Audacity και το ενισχύουμε κατά 20 dB (από το μενού Εφέ > Ενίσχυση).

Μετά την ενίσχυση του σήματος

Επιλέγουμε στη συνέχεια στην κυματομορφή χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί σε 10 πλήρεις ταλαντώσεις. Το Audacity επιστρέφει χρόνο Δt = 17,113107 s. Συνεπώς προκύπτει: