Laboratorio de Ondas y Calor
Practica de Laboratorio N° 06 Rapidez del sonido en el aire
INFORME Integrantes: • •
Ango Loa, Cristhian Percy Quispe Cusihuaman, Freddy rupo: C!!"# $! # % &esa: '( $)
Pro*esora: Pen+lope argas argate Fecha de realizaci-n: 24 de Octubre. Fecha de entrega: 30 de octubre.
2014 - II
INTRODUCCIÓN
En el informe que aquí se presenta se busca determinar experimentalmente la frecuencia y la longitud de onda en una columna cerrada y, abierta de resonancia de aire, así como también determinar experimentalmente la rapidez del sonido en el aire. La rapidez del sonido en el aire es una variable que depende tanto de la presión como de la temperatura del medio en el que se propaga, el procedimiento consiste en usar un tubo de resonancia tanto abierto como cerrado; en ambos casos con un parlante, el cual genera la onda sonora a una determina nada frecuencia, dica frecuencia debe estar controlada por un generador de onda con el cual se variara para obtener los armónicos requeridos.
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I. •
•
II.
OBJETIVOS !eterminar experimentalmente la frecuencia y la longitud de onda, en una columna cerrada y abierta a la resonancia del aire. !eterminar experimentalmente la rapidez del sonido en el aire.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Ondas Sonoras El sonido es una onda longitudinal en un medio. Las ondas sonoras mas sencillas son las senoidales, con la frecuencia, la amplitud y la longitud de onda definidas. Las ondas sonoras se dividen en tres categorías que cubren diferentes intervalos de frecuencia. "# Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del oído umano. Es posible generarlas en una variedad de formas, como de instrumentos musicales, voces umanas o bocinas, el intervalo de frecuencias es de $% a $%,%%% &z. $# Las ondas infrasónicas tienen frecuencias por aba'o del intervalo audible. (ecordar que en una onda longitudinal, los desplazamientos son paralelos a la dirección en que via'a. ) *+ears, $%%, p.-$#.
Ondas Estacionarias en colunas de aire El modelo de ondas ba'o condiciones de frontera también se aplica a ondas sonoras en una columna de aire como la que se encuentra en el interior de un órgano de tubos. Las ondas estacionarias son resultado de la interferencia entre ondas sonoras longitudinales que via'an en direcciones opuestas. En un tubo cerrado en un extremo, dico extremo es un nodo de desplazamiento porque la barrera rígida en este extremo no permite el movimiento longitudinal del aire, el extremo cerrado de una columna de aire corresponde a un antinodo de presión *es decir, un punto de mxima variación de presión#.
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El extremo abierto de una columna de aire es aproximadamente un antinodo de desplazamiento y un nodo de presión. +e puede entender por qué no se presenta variación de presión en un extremo abierto al notar que el extremo de la columna de aire est abierto a la atmósfera; por lo tanto, la presión en este extremo debe permanecer constante a presión atmosférica. En sentido estricto, el extremo abierto de una columna de aire no es exactamente un antinodo de desplazamiento. /lcanzar una compresión en el extremo abierto no se refle'a asta que pasa ms all del extremo. / la longitud de la columna de aire para un tubo de sección transversal circular, se debe agregar una corrección terminal aproximadamente igual a %.0(, donde ( es el radio del tubo. 1or eso, la longitud efectiva de la columna de aire es un poco mayor que la verdadera longitud L.
Gráfico 1. Movimiento de elementos de aire en ondas longitudinales estacionarias en un tubo 1ara un tubo abierto se cumple2
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L=n
λ Ecuación 1
2
n3", $, 4, 5,6 *7orrespondiente a cada armónico# 1ara un tubo cerrado se cumple2
L=n
λ Ecuación 2
4
n3", 4, , 8,6 *7orrespondiente a cada armónico# ) *+er9ay, $%%:, p."$"4#. 1ara el caso de cualquier onda periódica se cumple que la rapidez de propagación es igual al producto de la longitud de onda y la frecuencia.
v = λ . f
III.
Ecuación 3
OBTENCIÓN ! "ROCESAMIENTO DE DATOS
".
Te#eratura a$iente %&C'
"-,-
Tabla 1. Datos obtenidos de la temperatura ambiente.
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La siguiente tabla presenta los datos medidos de las longitudes de ondas y frecuencias a partir de la variación de la longitud del tubo cerrado.
L
Longitud Frecuen de onda cia !"# '# '# te(rica 0,1 2",) 1*2 0,0 20," 1*1 0 12,!0 1 /,) 4),1" 0*+ /," !$1,4" 0*, ",1 !"0,01 0* ",0 !03,"/ 0*6 " !20,"1 0* $e%ocidad de% &onido e/eri'enta% ')&# Error orcentua%
Frecuenci a !"# 'edida )2," 2$,/ 2)," 1",! 4$,0 4),) !$3,1 !$4,0
$e%ocidad de% &onido ')&# /01,01 /"),01 /01,3) /01,33" /01,300 /01,300 /01,33" /01,3) /"",3) $,$20/1$!)3
Tabla 2. Longitud de onda frecuencia con longitud del tubo cerrado.
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En la siguiente tabla se muestra los datos obtenidos de longitud de onda y frecuencia con una longitud del tubo abierto constante.
(on)itud del tu$o a$ierto * +,- Resonancia
%'
Frecuencia teorica %/'
Frecuencia e0#eriental %/'
1+
5,$
:",8$
:$,40
$,"
"04,5
"05
velocidad teoricadel sonido =331,6 + ( 0,61 xTa ) =343,7 m / s
Tabla 3.Tubo abierto de frecuencia variable.
2. Monta!e"
Parlant
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5oporte enerador de ondas
Error de la velocidad del sonido en un tubo abierto *>#
%,$
6ub
3. Tabla de resultados" Grafco 2. Montaje para la velocidad del sonido en el aire.
Tabla #. Errores al comparar valores teóricos con e$perimentales
IV.
EVA(UACIÓN DE DATOS
El porcenta'e de error es mínimo ya que se midió el sonido de una manera sub'etiva y no ob'etiva y esto ya dependería de la capacidad auditiva de cada persona. =na posible fuente de error seria no aber considerado el efecto borde que afecta a la longitud del tubo.
V.
CONC(USIONES P.gina 2
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•
+e determinó experimentalmente las frecuencias y las longitudes de onda tanto en la columna abierta como cerrada; dicos valores estn especificados en la tabla $ para el tubo cerrado y en la tabla 4 para tubo abierto. +e determinó la velocidad experimental promedio del sonido que es de 455,5 m?s en un tubo cerrado , produciendo un error de %,$ > respecto a la velocidad teórica del sonido , en un tubo abierto su velocidad experimental promedio es de 45$,- m?s , produciendo también un error de %,$> respecto a la velocidad teórica.
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