velocidad del sonido en el aire n 3

8/3/2019 Velocidad Del Sonido en El Aire N 3

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Universidad Tecnológica del Perú Laboratorio de física

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA

DEL PERU

FACULTAD DE

INGENIERÍA

ELECTRÓNICA Y

MECATRÓNICA

CURSO : LABORATORIO DE FISICA II

TRABAJO : VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE

PROFESOR : RODRIGUEZ ZEDANO CARLOS

ALUMNO : SILVA ESPINO JHONNATHAN

TURNO : Viernes 20:00 – 21:30 (NOCHE)




2012

VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE

1. OBJETIVOS:

•

Medir la velocidad del sonido en el aire.• Estudiar las ondas sonoras estacionarias en una columna de aire.• Estudiar y analizar los distintos fenómenos que podamos

encontrar en las pruebas que hagamos en el laboratorio.

1. MATERIALES:

• Tubo de longitud variable.• Parlante.• Multimetro Peak Tech, (medidor de frecuencia).

• Wincha.• Un soporte para tubo.• Un generador de señales.

1. FUNDAMENTO :

Se tiene un tubo con uno de sus extremos abierto y el otro provisto de un parlante el cual se alimenta son una señal senoidal de frecuencia (f) obtenidade un generador de señales. Al estar encendido el generador de de señales encondiciones de resonancia se generan en ellas ondas estacionarias. En estascondiciones el fenómeno vibratorio se caracteriza por la existencias deantinodos y nodos de desplazamiento.

En estas condiciones decimos que el sistema está en resonancia con la fuentey nos referimos a la frecuencia particular en el cual esto ocurre comofrecuencia de resonancia. La relación entre frecuencia (f), la longitud de onda(λ), y la velocidad (v) de la onda que se propaga a través del sistema es dev= λf. Si conocemos la frecuencia y la longitud de onda, podemos deducir su velocidad. Si conocemos la longitud de onda y la velocidad podemos calcular lafrecuencia.




Un tubo cilíndrico cerrado en su extremo inferior y

abierto en su extremo superior

Sistemas mecánicos, como las columnas de aire en el interior de pipas o tubos,

de longitudes fijas, tienen frecuencias resonantes particulares. La interferenciade las ondas que viajan hacia el interior del tubo y las ondas reflejadas por el extremo cerrado, que viajan de regreso hacia la entrada, produce ondaslongitudinales estacionarias, que tienen un nodo en el extremo cerrado y unanti-nodo en el extremo abierto. Las frecuencias de resonancia de una pipa otubo dependen de su longitud L, según lo muestran las figuras 1, 2 y 3 endonde vemos que hay un cierto número de longitudes de onda o "lazos" que seacomodan en la longitud del tubo en forma de nodos y anti-nodos. Puesto quecada lazo corresponde a una longitud de media-onda, la resonancia ocurrecuando la longitud del tubo es igual a un número impar de cuartos delongitudes de onda, es decir, cuando L = λ/4, 3λ/4, 5λ/4, etc., o en general

L = n λ/4, n = 1, 3, 5, etc. 1

De donde,

λ = 4 L/n 2

Recordemos que la frecuencia (f), y la velocidad (v) se relacionan con el largo

de onda mediante la ecuación.

V= λf 3

La ecuación 3, también llamada “relación de dispersión, puede escribirsecomo f= v/λ, y si substituimos λ en ella, según la ecuación 2 obtenemos:




fn = nv/4L, n= 1,3,5, etc. 4

Estas fn son la resonancia para todas las ondas estacionarias que pueden

establecer en el tubo.

Segundo armónico estacionario de la onda acústica

Como puede ser visto a partir de las ecuaciones 1 y 4, las tres variables físicasimplicadas en la condición de resonancia de una columna del aire son f, v, y L.Para estudiar la resonancia en este experimento, ajustaremos la longitud L deuna columna de aire para una frecuencia excitadora preestablecida.Cambiaremos la longitud de la columna de aire moviendo un pistón dentro del tubo según lo muestra la figura. Si la posición del pistón cambia, aumentando

la longitud de la columna de aire, habrá más segmentos de cuartos de longitud de onda en el tubo, cumpliendo con las condiciones de nodo y antinodo en losextremos. La diferencia en las longitudes del tubo, cuando 2 antinodossucesivos se forman en su extremo abierto, es igual a media longitud de onda,es decir:

ΔL = L2 – L1 = 3λ/4 – λ/4 = λ/2

Según lo visto en la figura, cuando hay un antinodo en el extremo abierto del tubo, se intensifica el sonido hasta un máximo. Por lo tanto, las longitudes L1 y L2 pueden ser determinadas alejando el pistón del extremo abierto y poniendoatención a la intensificación del sonido en 2 casos sucesivos. Puesto que la




frecuencia de la fuente, en este caso pequeña bocina, será establecida por

nosotros al principio del experimento, y la diferencia en longitud del tubo entre2 antinodos sucesivos, ΔL, será medida, la longitud de onda se determina de laecuación 5, como λ = 2 ΔL, y la velocidad de la onda acústica será deducida dela ecuación 3.




Las primeras 3 ondas acústicas estacionarias en una pipa

La velocidad del sonido en el aire depende de la temperatura y seexpresa como:

V = (331+ 0.6T) m/s 6

Donde T, la temperatura del aire, se mide en grados centígrados. Laecuación 6 muestra que la velocidad del sonido en aire a 0ºC es de331.5 m/s y aumenta en 0.6 m/s por cada grado de aumento de latemperatura. Por ejemplo, a 20ºC, la velocidad del sonido es de 343.5 m/s.

Efecto Doppler : es el efecto que se produce por la variación de lafrecuencia de una onda, provocada por el movimiento del observador (ode la fuente). Se escucha un sonido diferente, provocado por lafrecuencia mayor de las ondas cuando se acercan (sonido más agudo) y

menor cuando se aleja (sonido más grave)

La velocidad del sonido en distintos materiales.

El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distintadensidad. En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases (como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.509,7 m/s en el agua y de unos 5.930 m/s en el acero. Un cuerpo en oscilación pone en movimiento a lasmoléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmitenese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente

MEDIO TEMPERATURA (Cº) VELOCIDAD (m/s)

Aire 0 331.46 Argón 0 319Bióxido de carbono 0 260.3

Hidrogeno 0 1286 Helio 0 970

http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml




Nitrógeno 0 333.64

Oxigeno 0 314.84 Agua destilada 20 1484 Agua de mar 15 1509.7 Mercurio 20 1451

Resonancia mecánica

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz devibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo devibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo.En el cual una fuerza relativamente pequeña aplicada en forma repetida, haceque una amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande.

En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva laamplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de lafuerza.

Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vasoque se rompe cuando una soprano canta y alcanza y sostiene la frecuencia deresonancia del mismo. Por la misma razón, no se permite el paso por puentesde tropas marcando el paso, ya que pueden entrar en resonancia y

derrumbarse.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza

http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_resonancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza



http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_resonancia




Lo que se realizo en clases:

Medición del sonido con frecuencia 2 herz




26 cm

2 herz

8 cm




Cálculos:

➢ Calculando la velocidad del sonido teórico en el aire, depende de latemperatura y se expresa.

v s = (331.5 + 0.6T) m/s

En el experimento la temperatura de ambiente es: 20ºC

v s = (331.5 + 0.6 m/s (20ºC)) = 343.5 m/s

➢ Medidas tomadas en el experimento:

L1→λ4=8 cm=0.08m

L2→3λ4=26 cm=0.26m




➢

Calculando la longitud de onda (λ) :ΔL = L2 – L1 = 3λ/4 – λ/4 = λ/2

ΔL = 0.26m – 0.08m = λ/2

ΔL = 0.18m = λ/2 → λ = 0.36 m

➢ Calculando la velocidad experimental:

v = λf

v = (0.36m)(2000 1/s) = 72 m/s

La frecuencia de trabajo en la experiencia es de 1KHz que es igual a1000 1/s

Frecuenci

a

(kHz)

Posición del

pistón para el

1ª máximo (m)

Posición del

pistón para el

2ª máximo (m)

Distancia

ΔL

2.0 0.08 0.26 0.18

1) OBSERVACIONES:

➢ El sonido consiste en una serie de sucesivas compresiones y dilataciones, que se propagan a través del medio.

➢ Posiblemente hubo errores en hallar los datos con el métodoexperimental o los instrumentos de medida, se ha verificado losmodelos teóricos y comparado con los valores que se hallo en laexperimentación y se encuentran muy alejado de los posibles valoresteóricos un margen de error disparejo.

1) CONCLUSIONES:




➢ La velocidad del sonido hallado en el experimento fue distinta a la

experimental, porque nos e tomo en cuenta la temperatura que seestaba en esos momentos la experimentación, por eso es un factor quenos da una variable en los resultados, tenemos que tener en cuentaesos datos para poder llegar al resultado o acercamiento que seespera con más precisión.

1) RECOMENDACIONES:

➢ Tomar en cuenta que uno debe estar concentrado en laexperimentación para poder hallar el sonido audible.

➢

Se debe marcar y medir con mucho cuidado para obtener unos datosaproximados.

➢ Verificar antes de usar si los instrumentos están en su perfecto estado pero de eso depende nuestros resultados.

1) BIBLIOGRAFIA:

P.A. TIPLER. Física I, Tercera Edición, Editorial Reverte, S.A…1994.R.A. SERWAY. Física I, Cuarta Edición, Editorial Mc. Graw Hill, 1998.

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