他的主要項目是基于多普勒效應(yīng)研究低壓空氣中聲速的影響因素。物理課上老師一般說空氣中聲速大約為340m/s,但是既然在固體、液體、氣體中的聲速不一樣,我就想如果空氣的狀態(tài)改變,聲速還是340m/s嗎?在中國英才計劃南京大學(xué)導(dǎo)師團(tuán)隊指導(dǎo)下,在查閱資料后,我了解到,聲音的傳播在常溫常壓范圍內(nèi)研究較為廣泛,但在極端環(huán)境下的研究相對較少,例如極端低壓空氣中。于是,他產(chǎn)生了研究低壓空氣中聲速的傳播性質(zhì)的想法。
他使用多普勒效應(yīng)測量聲速。傳統(tǒng)多普勒效應(yīng)實驗需要高速直線導(dǎo)軌,但會占據(jù)較大空間,且不易密封。于是,他想到用旋轉(zhuǎn)法產(chǎn)生多普勒效應(yīng),將藍(lán)牙音箱固定于真空釜壁上,用電機(jī)帶動錄音筆旋轉(zhuǎn),進(jìn)而產(chǎn)生多普勒效應(yīng)測量聲速。這樣,實驗環(huán)境就可以控制在一個真空釜內(nèi),并且便于氣密。低壓空氣的另一個好處在于,它可以讓聲速降低,從而讓多普勒效應(yīng)更明顯,測量更準(zhǔn)確。
實驗中,通過真空泵改變真空釜內(nèi)氣壓,并使用電熱絲和微型加濕器改變真空釜內(nèi)溫濕度。使用藍(lán)牙音箱播放MATLAB產(chǎn)生的八個頻率的單頻音波,用旋轉(zhuǎn)的錄音筆接收音頻信號,通過Adobe Audition CS6分析,將峰值(或谷值)代入多普勒效應(yīng)公式計算聲速,并通過Excel分析數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示,低壓環(huán)境下:濕度對聲速影響很?。宦曀倥c氣壓四次方根正比的擬合度更高,不同于常壓下的平方根正比;聲速與溫度成負(fù)相關(guān),與常壓下的理論不同,需要進(jìn)一步探索。
從空氣的可壓縮性角度,從微觀層面對實驗結(jié)果的機(jī)理進(jìn)行了分析。同時,根據(jù)實驗?zāi)嫦蛩悸?,設(shè)計了在極端條件下(如太空站接駁口)具有良好魯棒性的聲傳感器,可以實現(xiàn)普通傳感器達(dá)不到的遠(yuǎn)距離測量。