Měření rychlosti zvuku v kapalinách hydrofony

Jan HAVLE

Bachelor's thesis

Measuring the Speed of Sound in Liquids with Hydrophones

Abstract:

Bakalářská práce se zabývá měřením rychlosti zvuku v kapalinách s využitím akustického piezoelektrického měniče (hydrofonu) a programu Audacity. Hlavním cílem práce je ověřit, zda lze pomocí této jednoduché experimentální metody názorně demonstrovat měření rychlosti zvuku na krátkých vzdálenostech a využít ji ve výuce fyziky jako alternativu k běžně používaným metodám, které zpravidla vyžadují větší měřicí vzdálenosti. Současně práce zkoumá vliv druhu kapaliny a teploty na rychlost šíření zvuku a porovnává experimentálně získané hodnoty s údaji uváděnými v odborné literatuře. Měření jsou realizována ve vodě, řepkovém oleji, technickém lihu a solném roztoku v teplotním rozmezí 20-60 °C s krokem 10 °C. K určení rychlosti zvuku je využita analýza časového zpoždění zaznamenaných akustických impulzů v programu Audacity. Výsledky ukazují, že naměřené rychlosti zvuku odpovídají očekávaným fyzikálním vlastnostem jednotlivých kapalin a vykazují pouze malé odchylky od literárních údajů. Nejvyšší rychlosti jsou zaznamenány v solném roztoku, následuje voda, řepkový olej a technický líh. Ve všech případech je dosažena dobrá shoda s teoretickými hodnotami, což potvrzuje správnost použité metodiky i dostatečnou přesnost měření na krátkých vzdálenostech. Práce prokazuje, že navržená metoda je vhodná pro výuku fyziky, protože umožňuje názorně studovat šíření zvuku i v podmínkách, kde nelze využít velké měřicí vzdálenosti. Její výhodou jsou nízké náklady, jednoduché technické vybavení a dostatečná přesnost výsledků. Současně se ukazuje, že metoda je citlivá na lidský faktor, zejména při vyhodnocování časových údajů a zpracování naměřených dat, což může ovlivnit výslednou přesnost měření.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the measurement of the speed of sound in liquids using an acoustic piezoelectric transducer (hydrophone) and the Audacity software. The main objective of the thesis is to verify whether this simple experimental method can be used to demonstrate the measurement of the speed of sound over short distances and serve as an alternative to commonly used methods in physics education, which usually require longer measurement distances. At the same time, the thesis investigates the influence of the type of liquid and temperature on the speed of sound and compares the experimentally obtained values with data reported in the scientific literature. Measurements are carried out in water, rapeseed oil, denatured alcohol, and a saline solution over a temperature range of 20-60 °C with a step of 10 °C. The speed of sound is determined by analyzing the time delay of recorded acoustic pulses using the Audacity software. The results show that the measured speeds of sound correspond to the expected physical properties of the individual liquids and exhibit only small deviations from values reported in the literature. The highest speeds of sound are recorded in the saline solution, followed by water, rapeseed oil, and denatured alcohol. In all cases, good agreement with theoretical values is achieved, which confirms both the validity of the applied methodology and the sufficient accuracy of the measurements over short distances. The study demonstrates that the proposed method is suitable for physics education because it enables a clear investigation of sound propagation even under conditions where large measurement distances cannot be used. Its advantages include low cost, simple technical equipment, and sufficient measurement accuracy. At the same time, the method proves to be sensitive to human factors, particularly during the evaluation of time-delay data and the processing of measured results, which may affect the overall accuracy of the measurements.

Keywords

Tabulkové hodnoty, naměřené hodnoty, vypočtená odchylka, voda, solný roztok, technický líh, olej, Audacity, teplota

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 6. 2026

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Vladimír Vochozka, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Education

Bachelor programme / field:
Degree in specific subject teaching at lower secondary schools / Ms-Fs-SZs