velocidad del sonido en el aire

Laboratorio De Química PFR

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Tema :

Velocidad del sonido en el aireCódigo

Semestre I

Grupo BNota: Fecha: 28/05/14 Lab. Nº 1

1. Objetivo

1) Medir experimentalmente la longitud de onda en una columna cerrada y abierta de resonancia de aire.

2) Determinar la velocidad del sonido en el aire.

3) Calibrar un diapasón de frecuencia conocida.

2. Materiales

- Computadora personal con programa PASCO Capstin instalado

- Interface 850 universal Interface o Interfase USB Linl

- Sensor de sonido

- Diapasòn

- Tubo de resonancia

- Generador de ondas

- Parlante Open Speacker

- Cables

3. Fundamento Teórico

3.1.Ondas en tubos

Si un diapasón es puesto en vibración y sostenido sobre una columna de aire, su sonoridad experimentara un aumento considerable, si la columna de aire es tal longitud como para vibrar en afinidad con el diapasón. Tal columna de aire se dice que esta en resonancia con el diapasón. Las ondas colocadas en la columna de aire son llamadas ondas estacionarias.L tubo cerrado mas corto (cercano a un extremo) que dara resonancia es de ¼ de una longitud de onda(1/4 ʎ), pero si el tubo se hace mas largo, la resonancia ocurrirá también en cuartos impares, es decir de ¾ ʎ, 5/4 ʎ y así sucesivamente.Si f es la frecuencia de la fuente y ʎ la longitud de onda estacionaria, entonces la velocidad del sonido esta dado por:

V = ʎ fUna tubería cerrada tiene un nodo N en el extremo cerrado y un antinodo A en el extremo abierto. Desafortunadamente, el antinodo no esta situado exactamente en el extremo abierto, pero si un poco más allá de él. Una pequeña distancia es requerida para que la compensación de presión sea posible.La distancia del antinodo sobre el extremo del tubo es llamado el extremo de corrección y es aproximadamente 0,6 veces el radio de la tubería.


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Debido al extremo de corrección la longitud de la tubería en la figura en la figura 3.1(a) será un poco menor que 1/4 ʎ. Sin embargo, la distancia entre dos nodos mostrado en las figuras 3.1 (b) y 3.1 (c) darán el valor exacto de ½ ʎ. Puesto que la distancia entre dos nodos es ½ ʎ, podemos obtener la longitud de la onda ʎ, y si la frecuencia de la fuente es conocida, la velocidad del sonido a temperatura ambiente puede ser obtenida mediante la ecuación (1). De este valor correcto de ½ ʎ, el valor correcto de ¼ ʎ es conocido y restando la longitud de la tubería en (a) de ¼ ʎ la corrección del extremo es obtenido.Si el tubo de resonancia esta abierto en ambos extremos como en la figura 3.1 (d) debe ser observado que los antinodos aparecerán en ambos extremos. La longitud del tubo en este caso es una longitud de onda. El tubo mas corto que resonaría tiene una longitud de ½ ʎ, un nodo en el centro y un antinodo en cada extremo.

En caso que tengamos el tubo abierto este cumple que las resonancias de la misma manera como se comporta una cuerda vibrante, con la única diferencia que los patrones d oscilación son los que muestra la figura 3.2.

Puede ser demostrado que la velocidad V del sonido en el aire es:


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Donde P es la presión del aire, es la densidad en el aire en este experimento y 1,40 es la razón del calor especifico del aire a presión constante al calor especifico del aire a volumen constante. Puesto que la densidad del aire es proporcional a la presión, la velocidad del sonido es independiente de los cambios de presión del aire. Sin embrago la densidad del aire es inversamente proporcional a su temperatura absoluta. De este modo la velocidad del sonido en el aire es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta. Además si la velocidad del sonido a una temperatura es determinada , su valor a cualquier otra temperatura puede ser obtenida en la ecuación.

Donde V1 y V2 son las velocidades del sonido a las temperaturas absolutas correspondientes del aire, T1 y T2. Si una de estas temperaturas es 0 ºC, entonces la ecuación (3) puede ser desarrollada en series de Taylor y el resultado aproximado por:

V = V0 + 0,61 * TDonde V0 es la velocidad del sonido en el aire expresado en m/s a 0 ºC y V la velocidad del sonido en el aire a una temperatura de T grados centígrados.

4. ProcedimientoDeterminación de la velocidad del sonido

Reconozca los equipos y realice el montaje de la figura 4.1, el equipo es alimentado por corriente AC, es decir no tiene polaridad. Antes de comenzar verifique que el selector de amplitud se encuentre al mínimo. Por defecto iniciara en 100 Hz, redúzcalo a 5 Hz y seguidamente coloque el selector de amplitud en el centro de su capacidad.


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Es un hecho conocido que en estas configuraciones habrá un error producido por el efecto de borde el cálculo nos indica que se debe incluir esto al medir la distancia.

Distancia = distancia medida + (0,6 * Radio del tubo)

Complete la tabal 4.1, grafique estos datos en Data Studio en la opción “Introducir datos” y por

utilizando el ajuste respectivo determine la velocidad del sonido. Tome la lectura según lo indica la figura 4.3.

TABLA 4.1. Tubo Cerrado de longitud VariableL(m) Λ(m) f(Hz) Vsonido (m/s)1.251.151.050.950.850.750.650.55

Temperatura Ambiente º CVelocidad del sonido experimental m/s

Velocidad del sonido teórica m/sError porcentual %

Complete la siguiente tabla, solicite al profesor la longitud del tubo cerrado a trabajar.


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TABLA 4.2. Tubo cerrado de frecuencia variableLongitud del tubo cerrado: 1.20 m

Resonancia Λ(m) f(Hz) Vsonido (m/s)λ/4 =

3 λ/4 =

5 λ/4 =

7 λ/4 =

9 λ/4 =

Velocidad del sonido experimental m/sError Porcentual %

Complete las tablas 4.3 y 4.4 tomado como precedente lo realizado en las tablas 4.1 y 4.2. Para convertir el tubo cerrado en tubo abierto saque la tapa como lo muestra la figura 4.1.4.

TABLA 4.3. Tubo abierto de longitud variableL(m) Λ(m) f(Hz) Vsonido (m/s)2.152.051.951.851.751.651.551.45



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TABLA 4.4 Tubo abierto de frecuencia variable

Longitud del tubo cerrado: 2.10 mResonancia Λ(m) f(Hz) Vsonido (m/s)

λ/2 =

λ =

3 λ/2 =

2 λ =

5 λ/2 =


Determinación de la frecuencia para una diapasón.

Siguiendo los pasos datos en 4.1 y con el mismo montaje ahora determinara la frecuencia de un diapasón “ problema”, utilice la velocidad del snido promedio hallada en 4.1 para tal fin. Llene 4.5 y determine la frecuencia desconocida.

TABLA 4.5. Resultados de resonanciaResonancia Longitud de onda Fexperimental (Hz)

λ /4 =

3λ /4 =

5λ /4 =

7λ /4 =

9λ /4 =

Longitud de onda promedio mFrecuencia del diapasón experimental promedio Hz

Frecuencia del diapasón teorica HzError porcentual %

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