FUNDAMENTO TEÓRICO

La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de las ondas sonoras. En la atmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura, con 50 % de humedad y a nivel del mar). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarla mediante la siguiente conversión física: Velocidad del sonido en el aire en km/h = (343 m/1 s) · (3600 s/1 h) · (1 km/1000 m) = 1234,8 km/h.

Resonancia:

Si, mediante una fuente sonora (un diapasón, por ejemplo) producimos una vibración de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado por el otro extremo), las ondas que se propagan a través de la columna de aire contenida en el tubo se reflejan en sus extremos. Si la longitud de la columna de aire se ajusta de modo que sea igual a un cuarto de la longitud de onda del tono emitido por el diapasón, la onda reflejada llegará al extremo abierto precisamente en fase con la nueva vibración del diapasón (en la reflexión en el extremo cerrado se produce un salto de fase de 180º) produciéndose una intensificación en el sonido emitido. Este fenómeno es conocido con el nombre de resonancia.

En la columna de aire se establece una onda estacionaria, producida por la interferencia entre el tren de ondas incidente y reflejado, con un nodo en el extremo cerrado y un vientre o antinodo en el extremo abierto.

En general, la columna de aire entrará en resonancia siempre que su longitud sea exactamente un múltiplo impar de cuartos de longitud de onda, esto es

L=(2n−1) λ

4, (n=1 , 2 , 3 , .. . )

así que la distancia que separa dos nodos (o dos vientres o antinodos) consecutivos será de media longitud de onda.

En realidad, la posición del primer vientre no coincide exactamente con el extremo abierto del tubo, sino que se encuentra a una cierta distancia e fuera del mismo. En la figura 2 se indican las condiciones de vibración para las dos primeras posiciones de resonancia y a partir de ellas podemos escribir:

L1+e=λ4; L2+e=

3 λ4;

de modo que si medimos L1 y L2 será

λ=2(L2−L1)

e=(L2−3 L1)

2

y así, determinado el valor de la longitud de onda, , y conocida la frecuencia del diapasón (especificada por el fabricante), podemos determinar la velocidad del sonido.

Tubo de resonancia.

El aparato utilizado en esta práctica consiste en un tubo de vidrio, de unos 100 cm de largo y unos 3 cm de diámetro interior, colocado en una posición vertical y comunicado por su extremo inferior mediante un tubo de caucho, con un depósito de agua cuya altura puede regularse a fin de hacer variar el nivel de agua en el tubo resonante. En lugar del depósito, puede conectarse el tubo de caucho a un grifo del laboratorio, intercalando una llave en T para hacer posible el vaciado del tubo resonante. La longitud de la columna de aire se puede así modificar introduciendo o sacando agua del tubo resonante.

RECOMENDACIONES

Realizar los experimentos en un ambiente libre de sonidos, ya que estos contribuirán a obtener resultados erróneos.

Contar con un recipiente que tenga las mediciones correspondientes con respecto a la altura, ya que con ello habrá una mayor precisión.

Tratar de no hacer entrar en contacto al diapasón con el recipiente o con el tubo, ya que esto creará interferencia con los resultados esperados.

CUESTIONARIO

1.¿Qué fuentes de error se pueden encontrar en este experimento?

Los ruidos producidos fuera del sistema pueden hacer que no se pueda escuchar el sonido del diapasón bien.

La persona puede tomar los datos sin ser estos exactos. Puede haber errores con la medición de la longitud del tubo.

2. En las ondas de sonido ¿En qué punto de la longitud de onda se producen los puntos de resonancia de onda?

Los puntos de resonancia se producen en los valles de la longitud de onda, en donde las ondas entran en contacto.