INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Ingeniera en Comunicaciones y Electrnica

Prctica: Interferencia y medicin del sonido.

Profesor: Lpez de Arriaga Prez MaximilianoMateria: Seales y vibraciones.

Alumno: Flores Tovar Pablo Andrs

Grupo: 6CV3

Introduccin. 1- Ondas sonoras. Las ondas sonoras viajan a travs de cualquier medio material con una rapidez que depende de las propiedades del medio. A medida que las ondas sonoras viajan a travs del aire, los elementos del aire vibran para producir cambios en densidad y presin a lo largo de la direccin del movimiento de la onda. Si la fuente de las ondas sonoras vibra sinusoidalmente, las variaciones de presin tambin son sinusoidales. Las ondas sonoras se pueden dividir en tres categoras que cubren diferentes intervalos de frecuencia: Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del odo humano. Es posible generarlas en una variedad de formas, como de instrumentos musicales, voces humanas o bocinas. Las ondas infrasnicas tienen frecuencias por abajo del intervalo audible. Los elefantes usan ondas infrasnicas para comunicarse mutuamente, aun cuando estn separados por varios kilmetros Las ondas ultrasnicas tienen frecuencias por encima del alcance audible. Es posible que hayan escuchado silbatos silenciosos para llamar a perros. Los perros escuchan el sonido ultrasnico que emite este silbato, pero para los humanos es imposible detectarlo. Las ondas ultrasnicas tambin se usan para la formacin de imgenes mdicas. La rapidez de las ondas sonoras en un medio depende de la compresibilidad y la densidad del medio; si ste es un lquido o un gas y tiene un mdulo volumtrico (o de bulk) B y densidad , la rapidez de las ondas sonoras en dicho medio es: Vale recordar que la rapidez de todas las ondas mecnicas sigue una expresin de la forma general

Para ondas sonoras longitudinales en una barra slida de material, por ejemplo, la rapidez del sonido depende del mdulo de Young Y y de la densidad . La tabla presenta la rapidez del sonido en algunos materiales. La rapidez del sonido tambin depende de la temperatura del medio. La relacin entre la rapidez de la onda y la temperatura del aire, para sonido que viaja a travs del aire, es: donde 331 m/s es la rapidez del sonido en aire a 0C y TC es la temperatura del aire en grados Celsius. Con esta ecuacin, uno encuentra que, a 20C, la rapidez del sonido en el aire es aproximadamente 343 m/s. Esta informacin proporciona una forma de estimar la distancia de una tormenta. Primero cuente el nmero de segundos entre ver el destello del relmpago y escuchar el trueno. Dividir este tiempo entre 3 da la distancia aproximada al relmpago en kilmetros, porque 343 m/s es aproximadamente 1/3 km/s. Una de las caractersticas esenciales del movimiento ondulatorio es el fenmeno de la interferencia. En este experimento se introduce la interferencia de ondas acsticas mediante un experimento simulado, el tubo de Quincke, que sirve para medir la velocidad del sonido y las longitudes de onda.

Interfermetro de QuinckeEl tubo de Quincke, es un dispositivo que permite crear el fenmeno de la interferencia en el sonido, demostrndose de esta manera que tiene un comportamiento ondulatorio, adems de que se puede medir con este instrumento la longitud de onda de un tono puro cualquiera y de all calcular la velocidad del sonido en el aire para la temperatura reinante en el momento de realizar el experimento.Georg Hermann Quincke (1834-1924) fsico alemn que realiz investigaciones sobre los fenmenos de la capilaridad, la floculacin, la electroforesis, tensin superficial. Investig los fenmenos de reflexin ptica en superficies metlicas y la interferencia ptica, construyendo varios instrumentos de medida, como el termmetro acstico, un manmetro magntico y el tubo que recibe su nombre.Si bien, fue Sir John Herschel (1792-1881) hijo del famoso William descubridor del planeta Urano, quien plantea el experimento y nunca lo lleva acabo, siendo Quincke el que lo ejecuta. La denominacin de Tubo de Quincke para el interfermetro es en su honor aunque en oportunidades se le conoce tambin como tubo de Herschel-Quincke como reconocimiento a ambos cientficos.Qu es el Tubo de Quincke?La figura nos muestra esquemticamente el diseo del tubo el cual es bsicamente dos tubos en U unidos por un par de TEE , una de las U es mvil a modo de la varilla de un trombn.El sonido se produce por la formacin de ondas, estas ondas podemos representarlas grficamente a manera de una funcin senoidal en donde la distancia entre dos picos o dos valles es la longitud de la onda. Aunque esta funcin senoidal representa una onda transversal y el sonido es un caso de onda longitudinal, nos sirve como modelo para visualizar el fenmeno de la interferencia.

Interferencia: se produce interferencia cuando dos ondas de la misma naturaleza fsica e igual longitud de onda se superponen.Ondas en fase. Interferencia constructiva.Cuando dos trenes de ondas son coherentes y estn en fase, la interferencia que se produce al superponerse ambas es la denominada constructiva, el resultado final es otro tren de ondas cuya amplitud es la suma de las amplitudes de las dos ondas individuales (figura anterior), en el caso del sonido tendra un aumento del nivel sonoro de un tono. En la medida que las ondas sufren un desfase, la amplitud final resultante va disminuyendo hasta alcanzar un punto en donde ambas ondas se neutralizan y el tono desaparece. Este es el caso de la interferencia destructiva. }

Ondas en desfase. Interferencia destructiva.Si observamos las grficas que representan a las ondas, podemos deducir que la interferencia destructiva presenta su mximo cuando el desfase entre los trenes de ondas alcanza justamente media longitud de onda, es decir un valle se superpone con un pico. Si el desfase se produce a una velocidad determinada escucharemos una ululacin creada por la sucesin de altas y bajas en el volumen del tono resultante en la medida que las ondas se desfasan y vuelven a entrar en fase.Si por uno de los extremos abiertos (una de las TEE de unin) colocamos una pequea corneta que est emitiendo un tono, el sonido generado debe recorrer las dos mitades del tubo a la misma velocidad, como el recorrido (el permetro desde la TEE de entrada hasta la TEE de salida) es igual para ambos ramales en U, en la TEE de salida percibiremos al tono a su mxima intensidad (volumen), si vamos sacando el tubo mvil poco a poco notaremos que la intensidad del sonido disminuye hasta un mnimo, esto ocurre porque las ondas sonoras que se desplazan por el tubo mvil tienen que realizar un recorrido mayor, de manera que al llegar a la TEE de salida, las ondas de un ramal con respecto al otro estn desfasadas, anulndose mutuamente parcial o totalmente. Este es el principio del interfermetro o Tubo de Quincke que permite demostrar que el sonido es un fenmeno ondulatorio por medio de la interferencia.Para que la experiencia resulte llamativa, se requiere que el tono sea lo ms puro posible.

MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO:

1.- Osciloscopio2.- Generador de audio3.- Puntas BNC caimn 4.- Puntas caimn-caimn5.- Sonmetro6.- Tubo de QuinckeDesarrollo

1.- Se conecta el generador a una bocina para generar una seal de 1 KHz y se coloca a la vez el sonmetro en el otro extremo para medir el nivel de decibeles generados dentro del tubo como se ve en la figura, y separamos un poco el tubo de Quincke para obtener as un valor de lectura mximo y mnimo en el sonmetro.

2.- Se mide con el sonmetro la suma de la distancia y ondas generadas a travs del tubo de Quincke, y se tabula como se ve a continuacin:MedicinDistancia (m)Frecuencia(Hz)Intensidad(dB)Velocidad del sonido( )

1ra0 3.692.60

2da.0.18282.5360

3ra.0.36192.6360

4ta.0.381.597.2570

3.- Se utiliza la formula para calcular la velocidad del sonido dentro del tubo de Quicke.

4.- Se calcula el valor terico de la onda de sonido a una temperatura de 20

5.- Se calcula la velocidad del sonido a nivel del mar y a 0

Tubo de Quicke y mediciones con el sonmetro.

Observaciones:Es importante hacer notar que los valores del tubo de Quincke se deben multiplicar por 2 ya que el sonido va de ida y vuelta a lo largo del tubo, esto es lo que dan los valores de distancia en la tabla, al interferir dos ondas de sonido se puede observar el efecto constructivo y destructivo de las mismas, hay que mencionar que en todo momento se midi lambda y que este valor siempre depende de la temperatura si tomamos como referencia que a nivel del mar y a 0 la velocidad del sonido debe ser 331.6 , podemos concluir que dentro del tubo de Quincke que se utiliz en la prctica hay ms calor que en las condiciones ideales a nivel del mar, lo que provoca que las mediciones hechas terminen siendo una velocidad ms alta, y entre ms alta la velocidad del sonido ms baja es la presin dentro del tuboConclusin:Se comprob que la velocidad del sonido es directamente proporcional a la temperatura. Es decir si la temperatura en el ambiente aumenta, la velocidad del sonido aumenta, en el caso de esta prctica 0,6 m/s por cada que aumenta la temperatura y tambin se ve afectada por la presin atmosfrica, si la presin es baja dentro del tubo de Quicke la velocidad del sonido es ms alta y viceversa este proceso me fue muy interesante ya que con este mtodo sabemos la forma del sonido que se propaga cuando se est tocado un instrumento de viento como el trombn a una determinada distancia.