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LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR

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carrera C-3

TEMA: velocidad del sonido en el aireCODIGO GG11

SEMESTRE 1GR!"O C

1.- INTRODUCCIÓN:

El movimiento vibratorio u oscilatorio de los sistemas mecánicos,constituye uno de los campos de estudio más importante de toda lafísica. Uno de estos sistemas que en muchas ocasiones ha sido objeto denuestro estudio, es el sistema masa-resorte, debido a las diferentesfacetas que este presenta. Es muy importante analizar los efectostanto estáticos como dinámicos originados por la masa del resorte. Eneste caso nos centramos en el efecto dinámico que la masa del resortetiene sobre las oscilaciones verticales del sistema, el cual estáconstituido por un resorte uniforme de masa m y constante de

elasticidadk

, con una masam

sujeta en su etremo inferior.

En el desarrollo de esta práctica, podemos observar la propiedad quetienen algunos materiales de cambiar de forma al ser afectados por unafuerza de deformaci!n y volver a su estado normal que depende de unmáimo esfuerzo que un material puede soportar. "onociendo la

propiedad anteriormente mencionada podemos percatarnos de laeistencia de diversos materiales que nos servirán para laimplementaci!n de sistemas mecánicos #tiles en el campo profesional.

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SEMESTRE 1GR!"O C

2.- OBJETIVOS:

Medir e#$eri%en&al%en&e la lon'i&(d de onda en (na col(%nacerrada ) a*ier&a de resonancia de aire+

De&er%inar la velocidad del sonido en el aire+

Cali*rar (n dia$as,n de rec(encia conocida+

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SEMESTRE 1GR!"O C

3. Análisis de Trabajo Segro !ATS"

A#ALISIS $E T%ABAJO SE&'%O !ATS.

E()E%I*E#TOA#ALISIS &%A+I,O ,A#TI$A$ $E

,ALO%/EC0

A122415

$O,E#TE J. %IVE%AMES

A6

I#TE&%A#TES

1+- G!IDO OLIART ALENCASTRE 5+-4+-E/RAIN MAC0ACA

0!AMAN0ORCCO 7+-3+-G!IDO R!I8 "ACO ES9!IA +-6+-L!8 MARINA MARCE RO9!E +-

#

)ASOS BASI,OS$EL T%ABAJO

$A/O !%IES&O")%ESE#TE E# ,A$A

)%O,ESO

,O#T%OL $E%IES&O

1Recoo de %a&eriales Posibles tropiezo en el traslado Tener precaución al caminar con

los utilitarios

4 Conexión de los equiposeléctricos.

Riesgo eléctrico. No tener las manos moadas !ser cauteloso al enc"u#ar

3$nstalación de sensores !equipos

%a&os al equipo ! da&os personales 'ontar cuidadosamente losimplemos sin romperlos ! pre(enir #uturos accidentes.

6 )bser(ar experimentalmentelos datos tomados con losteóricos.

%a&os a los materiales empleados. *tilizar cuidadosamente losmateriales que se nos proporcionan teniendo cuidadode no da&arlos.

5Trabaar en equipo. 'al trabao+ mala coordinación. Trabaar con cautela ! no

"acer acciones o experimentosque no correspondan allaboratorio.

7

Recoo ! entrega demateriales. Riesgo eléctrico+ riesgo dequemaduras+ ca,das+ lesiones ! rupturade materiales.

Tener precaución al momento dedesconectar los equiposeléctricos+al momentomanipular obetos calientes+ !

al transportarlos a sus lugarescuidar de no "acer caer obetosla piso.

&%')O ,ES)E,IALI$A$

,-3A)%OBA$O)O%$O,E#TE

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SEMESTRE 1GR!"O C

4.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

0.1. O#$AS E# T'BOS.

Si n diaasn es $(es&o en vi*raci,n ) sos&enido so*re (na col(%na de

aire; s( sonoridade#$eri%en&ara

ω=√ k

m !"

"or lo c(al la ec(aci,n ndose en la si'(ien&ee#$resi,n:

d2

dt 2+ω2 x=0 !6"

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La sol(ci,n de n'(lo de ase ca%*ia en la (nidad de&ie%$o+ La can&idad δ se deno%ina cons&an&e de ase o ase inicial del%ovi%ien&o; es&e valor se de&er%ina (sando las condiciones iniciales del%ovi%ien&o; es decir el des$la?a%ien&o ) la velocidad inicial; seleccionando el$(n&o del ciclo a $ar&ir del c(al se inicia la c(en&a des&ie%$o

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La ec(aci,n $ido de/o(rier 'I)OS $E T%ABAJO

*ATE%IAL I*A&E#

,o

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La relaci,n de la 'r>=ca (er?a vs+ Des$la?a%ien&o es o*via%en&e lineal; de la

$endien&e de es&a 'ra=ca o*&en'a el valor de K+Re$i&a el $roceso $ara los o&ros dos resor&es+ Ano&e el valor de la cons&an&e K en la&a*la 6+1++ er i%>'enes 1;4;3+

TABLA 6.1 ,OE+I,IE#TES $E ELASTI,I$A$

I%a'en 1

I%a'en 4

I%a'en 3

RESORTE N° 1 2 3

Constante kteórica (N/m)

70 N/m 5 N/m 8 N/m

Constante k (N/m) 737 N/m 5! N/m 755 N/m

E (") 502" 1525" 5!#"

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$ETE%*I#A,IC# $EL )E%IO$O = LA +%E,'E#,IA $E OS,ILA,IC#

In'rese al $ro'ra%a "ASCO Ca$s&on; Ja'a clic so*re el icono crear e#$eri%en&o )se'(ida%en&e reconocer> el sensor de %ovi%ien&o $revia%en&e inser&ado a lain&erace $oFer linK+Se'(ida%en&e arras&re el icono 'ra=co so*re el sensor de %ovi%ien&o; ela*ore(na 'r>=ca $osici,n; velocidad ) aceleraci,n S &ie%$o+0a'a el %on&ae ='(ra 6+4+1; de*er> Jacer oscilar la %asa s(s$endida delresor&e ; %ien&ras Jace es&a o$eraci,n s( co%$aero 'ra*ara los da&osres(l&an&es de Jacer dicJa o$eraci,n+Masa adicional $ara el resor&e 1: +5K'

Masa adicional $ara el resor&e 4: +K'Masa adicional $ara el resor&e 3: +65K'De&en'a la &o%a de da&os des$(s de 1 se'(ndos de iniciada+ Es i%$or&an&e@(e la %asa solo oscile en direcci,n ver&ical ) no de (n lado a o&ro+Re$i&a la o$eraci,n $ara cada resor&e ) co%$le&e las &a*las 6+4+1 al 6+4++Iden&i=@(e ) Jalle las varia*les solici&adas con la a)(da del icono $(n&oscoordenados+Borre los da&os err,neos; no ac(%(le inor%aci,n innecesaria+ %ESO%TE 1 D4#F<

TABLA 6.2 )OSI,IO# VS TIE*)O

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TABLA 6.3 &%A+I,A VELO,I$A$ VS TIE*)O

TABLA 6.0 &%A+I,A A,ELE%A,IO# VS TIE*)O

I%a'en 6

$%S%S&S'EN%*0+51 ,-

1 2 3 'RO$EOTOT%.

%$'.T&(m) 002+ 002+ 00+5 0030

'EROO(s) 0+# 0+8 0+# 0+7

'eriooteórico(s)

0+# E(") 0021

(t) 01++ cos(10+#t307)

$%S%S&S'EN%*0+51 ,-

1 2 3 'RO$EOTOT%.

%$'.T&(m) 002+ 002+ 00+5 0030

'EROO(s) 0+# 0+8 0+# 0+7

'eriooteórico(s)

0+# E(") 0021

(t) 01++ cos(10+#t307)

$%S%

S&S'EN%*0+51 ,-

1 2 3 'RO$EO

TOT%.

%$'.T&(m) 002+ 002+ 00+5 0030

'EROO(s) 0+# 0+8 0+# 0+7

%m4itteórico(m)

0+# E(") 0021

a(t) a1575 cos(10+#t307)

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I%a'en 5

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I%a'en 7

%ESO%TE 2: .#F< .

TABLA 6.5. POSICION VS TIEMPO

$%S%S&S'EN%* 00+!,6

1 2 3 'RO$EOTOT%.

%$'.T&(m) 00#1 00# 00# 00#

'EROO(s) 0## 0#+ 0#7 0##

'eriooteórico(s) 0## E(") 0

(t) 002!8cos(!8#t0+8#)

TABLA 6.6. VELOCIDAD vs TIEMPO

$%S%S&S'EN%

1 2 3 'RO$EOTOT%.

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00+! k-

%$'.T&(m/s)

05!! 05! 0# 05!

'EROO(s) 0#7 0## 0## 0##

%m4itTeórica(m/s)

05!! E(")

05!

(t) !8#(02!1)sen(!8#t+23)

TABLA 6.4. A,ELE%A,IO# VS TIE*)O

$%S%S&S'EN%00+! k-

1 2 3 'RO$EOTOT%.

%$'.T&(m/s)

05!! 05! 0# 05!

'EROO(s) 0#7 0## 0## 0##

%m4itTeórica(m/s)

05!! E(")

05!

(t) !8#(02!1)sen(!8#t+23)

I*A&E# 4

I

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%ESO%TE 3: #F

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%$'.T&

(m/s)

050! 0+!

7

0501 050

'EROO(s) 0#0 0#2 0#0 0#1

%m4itTeórica(m/s)

050! E(") 0018

(t) 108(02+1)sen(108t505)

Tabla 6.1 graG5a a5elera5in @s 8ie

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I

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7. CUESTIONARIO:

+1+ 0alle la rec(encia na&(ral &e,rica del resor&e+ Con la a)(da de la&ransor%ada de /(rier; Jalle la rec(encia e#$eri%en&al

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a. )ara resor8e Heible

9 (1/ 2π ) √ k / M :;9 (1/ 2π ) √ 5.58/0.05 :;91#8 :;

E" V bibliografico−valor experimental

valor bilbliográfico ∗100

E" 1.72−1.68

1.72∗100

E" 232 "

*. )ara resor8e in8er

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4.3. %eali5e el ajs8e senosidal a la

osi5in ? a5elera5in ara 5adano de los resor8es ? es5ribe ss e5a5iones 5ine

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en direcci,n o$(es&a al des$la?a%ien&o ) a la velocidad; @(e ira renando el

c(er$o; Jas&a alcan?ar (na velocidad i'(al a cero; (n des$la?a%ien&o $osi&ivo%>#i%o ) (na aceleraci,n ne'a&iva %>#i%a en valor a*sol(&o+ Des$(s la%is%a (er?a @(e reno al c(er$o; co%en?ara a acelerarlo ne'a&iva%en&e; deese %odo se 'enerara (na velocidad ne'a&iva @(e ir> a(%en&ando en valora*sol(&o; Jas&a lle'ar al des$la?a%ien&o cero; donde &endr> la velocidad%>#i%a ne'a&iva ) de n(evo (na aceleraci,n i'(al a cero+

4.4. %eali5e n análisis 8eri5o las 5ondi5iones ne5esarios araMe el ndlo sea n ndlo si

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La ec(aci,n 'eneral de (na onda si%$le es&> dada $or:

Y s(s$endida de (n resor&e ) oscila de ac(erdo conla ec(aci,n de %ovi%ien&o V

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Si considera%os las secciones % ) & de la ='(ra $ode%os in&e'rar en la

ec(aci,n en&re es&os dos $(n&os &ra*aando co%o (n (ido no co%$resi*le

Sa*e%os @(e p% ' p& ) v % ' v & ) ade%>s @(e es inde$endien&e de s;$ode%os concl(ir @(e:

A donde ( es la lon'i&(d de la col(%na de lU@(ido+ !na ve? se ca%*ia el nivel de

reerencia a la $osici,n de e@(ili*rio de los %eniscos; se &iene @(e H

ade%>s co%o v es (nci,n nica%en&e de t ; se $(ede escri*ir ; esdecir; en l('ar de ; res(l&ando

Con lo @(e se o*&iene (na sol(ci,n 'eneral a es&a ec(aci,n

Donde ) ) * son las cons&an&es de in&e'raci,n ar*i&rarias; si

s(s&i&(i%os &endre%os @(e @(e derivada

@(eda:

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Derivando (na ve? %>s o*&ene%os

A con&in(aci,n co%en?a%os en&onces el $roceso de encon&rar los valores

$ara ) ) *; $ara ello considera%os las condiciones iniciales: t ' + ; z ' m ) ' +

"or lo @(e n(es&ra ec(aci,n @(eda:

la c(al re$resen&a el %ovi%ien&o ar%,nico si%$le @(e reali?a c(al@(iera de los

%eniscos+ La ec(aci,n @(e de=ne s( $eriodo es i'(al a +

La velocidad de la col(%na se o*&iene derivando z con res$ec&o a t +

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"ara $oder Jacerse (na %eor idea del &i$o de %ovi%ien&o @(e reali?a el

%enisco; a con&in(aci,n se enc(en&ra (n c(adro @(e lo re$resen&a+ !&ili?a la

ec(aci,n

donde se Jan ree%$la?ado ar*i&raria%en&e los si'(ien&es da&os:g ;1 %2s4L 1; %N ;1 %

7.-OBSE%VA,IO#ES

a. "ara o*&ener %eor los da&os en el %ovi%ien&o ar%,nico; se de*e darle laoscilaci,n sin &e%*lar las %anos ) sin %over la *ase de los so$or&es+

*. La %asa no de*e variar de%asiado al a're'arle (na $e@(ea *ase $ara$ro&e'er el sensor de %ovi%ien&o+

c. "ara o*&ener %eores da&os en c(an&o a la $osici,n de la %asa ) el resor&eond(lan&e; es&e sis&e%a de*e es&ar so*re los 15 c% del $(n&o cie'o delsensor de dis&ancia+

d. Las %asas de*en de es&ar se'(ros con (na cin&a *ien adJerida $ara evi&ardaar los sensores ) los %is%os resor&es+

e. Los da&os Jallados no son e#ac&a%en&e i'(ales con los valores*i*lio'r>=cos $or @(e ac&an %(cJas varia*les en&re ellas la %ani$(laci,nJ(%ana; la resis&encia del aire %ien&ras el sis&e%a oscila; los resor&esvencidos; e&c+

1.-,O#,L'SIO#ES

1. Lo'ra%os veri=car las ,r%(las @(e si (ncionan ) c(%$len &odas las

ec(aciones del %ovi%ien&o ar%,nico si%$le; )a @(e el error Jallado es%Uni%o+

2. Lo'ra%os de&er%inar e#$eri%en&al%en&e el $eriodo ) rec(encia deoscilaci,n del sis&e%a ; 'racias a la &ransor%ada de /(rier ) los $(n&osal&os de las cres&as de la onda or%ada $or la oscilaci,n+

3. eri=ca%os las ec(aciones din>%icas ) cine%>&icas @(e ri'en el%ovi%ien&o $ara el sis&e%a %asa-resor&e+

i. /(i%os ca$aces de con='(rar e i%$le%en&ar los e@(i$os$ara la &o%a de da&os e#$eri%en&ales ) lo'ra%os reali?ar

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los an>lisis 'r>=cos (&ili?ando co%o Jerra%ien&a el

so&Fare )as5o ,as8on+0. !&ili?a%os el $ro'ra%a )as5o ,as8on$ara veri=caci,n de

$ar>%e&ros es&adUs&icos res$ec&o a la inor%aci,n Jallada con lossensores+

1.-Bibliogra;9a

STREETER; ic&or L+ nica de (idos+ McGraF-0ill; &rad(cci,n )

ada$&aci,n de la c(ar&a edici,n $ara in'ls+ Bo'o&>; 1+

STREETER; ic&or L+ nica de (idos+

McGraF-0ill; se#&a edici,n+ M#ico+

J&&$:22FFF+sc+eJ(+es2s*Fe*2=sica2oscilaciones2circ(lar2oscila1+J&%

J&&$:22es+FiKi$edia+or'2FiKi2"[C3[And(lo

J&&$:22es+FiKi$edia+or'2FiKi2Movi%ien&o\ar%[C3[B3nico\si%$le

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/circular/oscila1.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9ndulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_arm%C3%B3nico_simplehttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/circular/oscila1.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9ndulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_arm%C3%B3nico_simple

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