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Manual de laboratorio de Fsica

UNTECS 2010-I Pgina 1

EXPERIMENTO 03:

ONDAS DE SONIDO

OBJETIVOS

Determinar la frecuencia de las ondas sonoras. Determinacin de la velocidad del sonido utilizando ondas estacionarias.

FUNDAMENTO TEORICO

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, que se producen debido a la

vibracin de las partculas del medio, que producen cambios de presin y

densidad a lo largo de la direccin de propagacin, generando regiones de alta y

baja presin. Las ondas sonoras se encuentran en el intervalo de frecuencias

audibles por el odo humano 20 Hz a 20 kHz, si sus frecuencias son menores a

las audibles las ondas se llaman infrasnicas y en el caso en que ellas son

mayores a las frecuencias audibles estas se conocen como ondas de ultrasonido.

La velocidad de propagacin de las ondas sonoras depende de las propiedades

del medio y su estado termodinmico.

Densidad

lidadcompresibideMdulo

Bfv

(1)

El modelo matemtico que describe el movimiento de ondas unidimensionales

es:

2

2

22

2 1

dt

d

vdx

d

(2)

Cuya solucin para ondas armnicas es:

tkxtx cos),( 0

(3)


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Siendo el nmero de onda, la longitud de onda y la

frecuencia.

Onda estacionaria.- Se obtiene de la superposicin de las ondas:

tkxtx cos),( 01

tkxtx cos),( 02

tsenkxtxtxtx cos2),(),(),( 021

Si las ondas se encuentran en un tubo cerrado como se muestra en la figura 2, las

frecuencias de los modos de vibracin se expresan como:

L

vnf s

4

12

, ,...3,2,1,0n (4)

Figura 2.


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MedioVelocidad del

sonido vs (m/s)

Aire (0C)

Aire (20C)

Agua (25C)

Agua de mar (25C)

331

343

1493

1533

MATERIALES

Juego de Diapasones Cajas de resonancia Martillo Sensor de Sonido Interface 3B Netlog Computador Tubos PVC Cubetas de vidrio. Cinta mtrica

Figura 1. Diapasn, caja de resonancia y martillo.

PROCEDIMIENTO

En cada uno de los pasos siguientes realice el ajuste de curvas y el anlisis

correspondiente, utilizando en software 3B NetLab.


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Medir la frecuencia del sonido

1. Conecte el sensor de sonido a la interface y encienda el computador.

2. Utilizando el diapasn de 512 Hz, y una escala de 20 s y 1000 datos en elsoftware 3B NetLab realice una lectura de datos para diferentes distancias de

la fuente de sonido. Realice el ajuste de curvas a la funcin seno. Anote sus

resultados en la tabla 1.

3. Repita el paso anterior utilizando el diapasn de 384 Hz, 320 y 256 Hz.

Velocidad del sonido

4. Llene con agua el recipiente, sumerja el tubo de PVC hasta dejar unos 5centmetros libre.

5. Utilizando el diapasn de 512 Hz produzca sonidos intensos en el extremolibre del tubo, suba lentamente el tubo hasta detectar que la intensidad delsonido que sale de esta, sea mxima (primer modo). Mida la longitud del

tubo que se encuentra fuera del agua, repita 4 veces ms y anote sus

resultados en la tabla 2.

6. Siga produciendo sonidos intensos con el diapasn y siga aumentando lalongitud libre del tubo para encontrar el segundo modo (segundo punto

donde la intensidad del sonido es mxima). Mida la longitud del tubo que se

encuentra fuera del agua, repita 4 veces ms y anote sus resultados en la

tabla 2.

7. Repita los pasos 5 y 6 utilizando el diapasn de 384 Hz y llene la tabla 2.


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BIBLIOGRAFIA

1. Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6a edicin (2007)2. Manual de Laboratorio de Fsica UNI, 2009.3. Fsica Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson

12a

edicin (2007).

4. Fsica Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.


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EXPERIMENTO: 03

REPORTE DE LABORATORIO

Apellidos y Nombres: Ruiz Jara Deybe

Carrera Profesional: Ing. Electrnica y Telec. Curso:

Cdigo alumno: 2011200217 Profesor: Lic. Contreras

Fecha de Realizacin: Fecha de entrega:

1. Con los datos ajustados obtenidos en los procedimientos 2 y 3, completala siguiente tabla

Tabla 1

Diapasn 1 Diapasn 2 Diapasn 3 Diapasn 4

f (Hz) Terico. 512 Hz 384 Hz 320 Hz 256 Hz

(x0,t) -

0.213sen(3218.

1t-1.6649)-

0.00014

-

0.1453sen(2412.

5t+7.251)+0.000

03753

-

0.0817sen(2015t

+7.8845)-

0.0028643

0.0457sen(1602.

1t+2.1382)+0.00

024306

(rad/s) 3218 2412 2015 1602

f (Hz) Exp. 512.1606 383.8817 320.6972 254.9662

T (s) Exp. 0.00195251 0.00260497 0.00311821 0.00392209

Error (%) * 0.031 0.031 0.218 0.404

* Error (%) = error porcentual de la frecuencia experimental respecto a su valor terico.

De acuerdo a los grficos obtenidos y sus respectivos ajuste de curvas qu tipo de

ondas son las ondas sonoras? Explique:


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2. Con los datos obtenidos en los pasos 5, 6 y 7, complete la siguiente tabla

Tabla 2

Diapasn 1

f = 512 Hz

Diapasn 2

f = 384 Hz

Li (m)

1er Modo

Li (m)

2do Modo

Li (m)

1er Modo

Li (m)

2do Modo

1

2

3

4

5

Promedio

(m)

Vs (m/s)(*)

Vs (m/s)(**)

(*) Calcular la velocidad de propagacin del sonido en el aire utilizando la Ec. (4).

(**) Calcular la velocidad de propagacin usando

De acuerdo a sus resultados de la tabla 2 cul es el valor experimental de la velocidad

de propagacin del sonido en el aire?

.

.

.

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.

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.

.

.


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Depende la velocidad de propagacin del sonido en el aire de la frecuencia del

diapasn. Explique.

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.

Explique cualitativamente bajo qu condiciones se obtienen los modos de vibracin en

el tubo PVC.

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CUESTIONARIO

1. Por qu las ondas sonoras se caracterizan como ondas longitudinales. En quemedio es cierta esta afirmacin.

2. Haciendo una bsqueda bibliogrfica, determine la ecuacin de una onda desonido y muestre que la velocidad de sonido se expresa como en el fundamentoterico.


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CONCLUSIONES

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OBSERVACIONES Y SUGERENCIAS

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ANEXOS:

Grficos obtenidos en los pasos 2 y 3 del procedimiento.

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