laboratorio 6 fisica

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LABORATORIO N 6 PÁGINA 1 / 43 TEMA : VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE SEMESTRE I GRUPO F 1. INTRODUCCION. Si sobre una columna de gas contenida en un tubo aplicamos una perturbación sónica, lograremos que las moléculas contenidas oscilen longitudinalmente; siendo que, el tubo está cerrado se forma una onda estacionaria la cual presenta nodos de interferencia destructivas y antinodos de interferencia constructivas, producto de la superposición de ondas, que se denominan “frecuencias naturales” o “frecuencias de resonancia”. En el presente informe numero 6 explicamos este concepto, trabajando con tubos de resonancia; tanto abiertos en ambos extremos, como cerrado en uno de ellos. Así también de la determinación de la velocidad del sonido en el aire en el espacio donde se realizaron los experimentos a tratar. Para cuyo caso nos apoyaremos con materiales y sensores CAPSTONE. 2. OBJETIVOS. Medir experimentalmente la longitud de onda en una columna cerrada y abierta de resonancia de aire. Calibrar correctamente un diapasón de frecuencia desconocida. Determinar la velocidad del sonido en el aire. Usar adecuadamente los equipos y materiales brindados para el éxito de la experiencia. 3. INDICACIONES DE SEGURIDAD Implementos de seguridad de uso obligatorio Lentes de Seguridad Botas de Seguridad Ropa que no interrumpa el

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LABORATORIO N 6 PGINA 35 / 36

TEMA :VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRESEMESTRE

I

GRUPOF

1. INTRODUCCION.Si sobre una columna de gas contenida en un tubo aplicamos una perturbacin snica, lograremos que las molculas contenidas oscilen longitudinalmente; siendo que, el tubo est cerrado se forma una onda estacionaria la cual presenta nodos de interferencia destructivas y antinodos de interferencia constructivas, producto de la superposicin de ondas, que se denominan frecuencias naturales o frecuencias de resonancia.En el presente informe numero 6 explicamos este concepto, trabajando con tubos de resonancia; tanto abiertos en ambos extremos, como cerrado en uno de ellos. As tambin de la determinacin de la velocidad del sonido en el aire en el espacio donde se realizaron los experimentos a tratar. Para cuyo caso nos apoyaremos con materiales y sensores CAPSTONE.2. OBJETIVOS.

Medir experimentalmente la longitud de onda en una columna cerrada y abierta de resonancia de aire. Calibrar correctamente un diapasn de frecuencia desconocida. Determinar la velocidad del sonido en el aire. Usar adecuadamente los equipos y materiales brindados para el xito de la experiencia.

3. INDICACIONES DE SEGURIDAD Implementos de seguridad de uso obligatorioLentes de SeguridadRopa que no interrumpa el experimentoBotas de Seguridad

ANALISIS DE TAREA SEGURA (ATS)LABORATORIO 6 velocidad del sonido en el airePASOS DE TRABAJO/TAREARIESGOS POTENCIALESACCIONES O PROCEDIMIENTOS RECOMENDADOS

-ensamblaje de los equipos a utilizar-rupturas al manipularlos o llevarlos de un sitio para otro

-tener mucho cuidado con los equipos ya que son delicados-Nunca forzar un material de plstico, ya que, se puede daar para siempre el equipo,

-trabajar con equipos conectados a la electricidad en este caso la PC- electrocutarse al manipular los equipos

-Hay que asegurarse el cableado elctrico est en buenas condiciones-Todo los enchufes deben tener toma a tierra-Trabajar con las manos completamente secas. No trabajar con electricidad en zonas mojadas o hmedas

-uso de la PC y/o los sensores, en este caso el sensor de movimiento y fuerza.Malograr los equipos -No usar una mquina si desconoces su funcionamiento-Inspeccionar todos los equipos antes de su utilizacin-Ante cualquier anomala avisa al profesor, nunca intentes manipular una mquina por tu cuenta-Cuando se avere una mquina, sta debe quedar fuera de servicio, se deber sealizar como tal y tomar las medidas necesarias para que no pueda ser puesta en marcha hasta que personal especializado la repare.-Utilizar las mquinas y herramientas slo para el uso para el que fueron diseadas

-Movilizarse dentro del laboratorio y recojo de materialesCadas y/o golpes tanto para el individuo como para los equipos-Estar siempre atento en todo momento de a dnde te diriges-El suelo del laboratorio debe estar siempre libre de cualquier objeto que obstaculice el paso

Utilizar en todo momento los equipos de proteccin, en esto caso las gafas de seguridad, botas y la ropa que sea la adecuada

4. MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJOUna computadora personal con programa data studio instalado.* Un diapasn* Un censor de movimiento.* Tubo de resonancia.* Generador de funciones * Un parlante open speacker.* Cables.

Computadora personal con programa PASCO Capstone instalado

(pasco, s.f.) Figura.4.1.Programa PASCO Interface 850 universal Interface o interface USB link

Figura.4.2.Interface USB link

Sensor de sonido

Figura.4.3. sensor de sonido Diapasn

Figura.4.4. diapasn

tubo de resonancia

Figura.4.5. tubo de resonanacia

Generador de ondas

Figura.4.6.generador de ondas Parlante Open Speacker

Figura.4.8. Parlante Open Speacker

cables

Figura.4.9.cables

5. FUNDAMENTO TEORICO6. PROCEDIMIENTO

6.1) Determinacin de la velocidad del sonido:

Reconozca los equipos y realice el montaje de la figura 3, el equipo es alimentado por corriente AC, es decir no tiene polaridad. Antes de comenzar verifique que el selector de amplitud se encuentre al mnimo. Por defecto iniciara en 100 Hz, redzcalo a 5 Hz y seguidamente coloque el selector de amplitud en el centro de su capacidad.Es un hecho conocido que en estas configuraciones habr un error producido por el efecto de borde el clculo nos indica que se debe incluir esto al medir la distancia:

Complete la tabla 1, utilizando el programa PASCO Capstone

Figura.6.1.programa Pasco

Velocidad 1Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,25 m (L)L'=L+0,6RL'=1,25+0,6(0,07)L'=1,29 m

=4L'=4(1,295)=5,16m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 1,25 m (L)

V=.fV=5,162 x 71V=366.36 m/s

Velocidad 2Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,15 m (L)

L'=L+0,6RL'=1,15+0,6(0,07)L'=1,19m

=4L'=4(1,19)=4,76 m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 1,15 m (L)

V=.fV= 4,76x 75.3V= 358.428m/s

Velocidad 3Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1.05 m (L)

L'=L+0,6RL'=1.05+0,6(0,07)L'=1.092m

=4L'=4(1.092)=4.368m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 1.05 m (L)

V=.fV=4.368 x 79.3HzV= 346.38m/s

Velocidad 4Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 0,95 m (L)

L'=L+0,6RL'=0.95+0,6(0,07)L'=0.992m

=4L'=4(0.992)=3.96 m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 0,95 m (L)

V=.fV=3,96 x 82.3V=326.56m/s

Velocidad 5Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 0,85 m (L)

L'=L+0,6RL'=0,85+0,6(0,07)L'=0,892 m

=4L'=4(0,892)=3,56 m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 0,85 m (L)

V=.fV=3,56 x 87.3V=311.486 m/s

Velocidad 6Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 0,75 m (L)

L'=L+0,6RL'=0,75+0,6(0,07)L'=0,792 m

=4L'=4(0.792)=3.168

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 0,75 m (L)

V=.fV=3.168 x 92.3V=292.40 m/sVelocidad 7Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 0,65 m (L)

L'=L+0,6RL'=0,65+0,6(0,07)L'=0,692 m

=4L'=4(0,5905)=2.768m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 0,65 m (L)

V=.fV=2.768x 97.3V=269,32 m/s

Velocidad 8Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 0,55 m (L)

L'=L+0,6RL'=0,55+0,6(0,07)L'=0,529 m

=4L'=4(0,529)=2.368m

Clculo de la velocidad del sonido (V_sonido) a 0,55m (L)

V=.fV=2.368x 106.3V=251.718m/s

Clculo del promedio de la velocidad del sonido experimental ()

Clculo de la velocidad del sonido terica ()

Clculo de error porcentual (%)

TABLA 6.1 tubo cerrado de longitud variable

L(m)(m)F(Hz)Vsonido (m/s)

1.255.1671366.36

1.154,7675.3358.42

1.054.3673.3396.30

0.953.9682.3326.56

0.853.5687.3311.48

0.753,1692.3292.40

0.652,7697.3269.32

0.552,36106.3251.72

Temperatura Ambiente

22 C

Velocidad del sonido Experimental

321.57 m/s

Velocidad del sonido terica

344.42 m/s

Error porcentual 6.63 %

TUBO CERRADO DE FRECUENCIA VARIABLE

Clculos de la Tabla 2Velocidad 1Clculo de la Resonancia (L) a 1,20 m (L)

Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 2

Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 3Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 4Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 5Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Clculo del promedio de la velocidad del sonido experimental ()

Clculo de la velocidad del sonido terica ()

Clculo de error porcentual (%)

TABLA 6.2 Tubo cerrado en frecuencia variable

Longitud del tubo cerrado: 1,20 m

Resonancia

4,9677.0381.92

1,65214.0353.1

0,876344.0340.56

0,626475336.77

0,487621342.79

Velocidad del sonido experimental

351.028 m/s

Error porcentual

1.91 %

Complete las tablas 3 y 4 tomado como precedente lo realizado en las tablas 1 y 2. Convertir el tubo cerrado en tubo abierto.

TUBO ABIERTO DE LONGITUD VARIABLEVelocidad 1Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 2,15 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 2,05 m (L)

Velocidad 2Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 2.05 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 2.05 m (L)

Velocidad 3Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,95 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,95 m (L)

Velocidad 4Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,85 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,85 m (L)

Velocidad 5Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,75 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,75 m (L)

Velocidad 6Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,65 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,65 m (L)

Velocidad 7Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,55 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,55 m (L)

Velocidad 8Clculo de la Resonancia (L) y longitud de onda () a 1,45 m (L)

Clculo de la velocidad del sonido () a 1,55 m (L)

Clculo del promedio de la velocidad del sonido experimental ()

Clculo de la velocidad del sonido terica ()

Clculo de error porcentual (%)

TABLA 6.3. Tubo abierto de longitud variable.

2.154,3872.0315.36

2.054,1874.5309.32

1.953,9879.4314.42

1.853,7882.8309.96

1.753,5887.2311.46

1.653,3895.6321.1

1.553,1899.8314.82

1.452,98104.2309.92

Velocidad del sonidoExperimental

332,992 m/s

Error porcentual

3.31 %

TUBO ABIERTO DE FRECUENCIA VARIABLE

Clculos tabla 4TUBO ABIERTO DE FRECUENCIA VARIABLE

Velocidad 1Clculo de la Resonancia (L) a 2,10 m (L)

Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 2Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 3Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 3Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Velocidad 4Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la velocidad del sonido () con resonancia ()

Clculo del promedio de la velocidad del sonido experimental ()

Clculo de la velocidad del sonido terica ()

Clculo de error porcentual (%)

TABLA 6.4 Tubo abierto de frecuencia variable.

Longitud del tubo abierto: 2,10 m

Resonancia

4,2879.0338.12

2,142152.3326.22

1,428225.4321.87

1,071310.5332.54

0,838390,8334.52

Velocidad del sonidoexperimental

330.65 m/s

Error porcentual

3.99 %

6.2) Determinacin de la frecuencia para un diapasn:

Siguiendo los pasos dados en 1 y con el mismo montaje ahora determinar la frecuencia de un diapasn problema, utilice la velocidad del sonido promedio hallada en 1 para tal fin. Llene la tabla 5 y determine la frecuencia desconocida.

TUBO CERRADO CON DIAPASNClculos de la Tabla 5

Clculo de la Resonancia (L) a 0,152 m (L)

Clculo de la longitud de onda () con resonancia ()

Clculo de la frecuencia () con velocidad de sonido ()

Clculo de error porcentual (%)

TABLA 6.5 Tubo cerrado con diapasnResonanciaLongitud de onda

0,68506.5

Longitud de onda promedio

0,68 m

Frecuencia del diapasn experimental promedio

506.5 Hz

Frecuencia del diapasn terica

512 Hz

Error porcentual

1.07 %

7. CUESTIONARIOUsando el proceso de determinacin de la velocidad del sonido responda:

1) De las tablas 1 y 4 determina el valor promedio de la velocidad del sonido en el laboratorio. Qu factores influyen para que haya una variacin con el valor terico de 342 m/s? Explica.

Los factores que influyen en la variacin de la velocidad experimental respecto a la velocidad terica son la velocidad del sonido en el aire a 0 C y la temperatura de ambiente.

2) A una temperatura de 20 C Cul es la frecuencia del tono fundamental en un tubo cerrado de 1m de longitud? Velocidad teorica =343.2Distancia 1 m

3) De los ensayos que has efectuado en este experimento se puede deducir que la velocidad del sonido en el aire depende ya sea de la frecuencia o de la longitud de onda de las ondas producidas por el parlante?, explique su respuesta. Si no es as, de que factores depende. Explique

S, depende de la frecuencia y longitud de onda de las ondas sonoras, por la siguiente frmula:

Pero adems depende tambin de la velocidad del sonido en el aire terica 331 m/s a 0 C y de la temperatura de ambiente, por la siguiente frmula:

4) De tus resultados Qu valor obtendras para a 0,5 C?

Usando el proceso de determinacin de la frecuencia para un diapasn responda:

5) Si la temperatura del aire en el tubo de resonancia fuese 70 C Qu frecuencia de diapasn sera requerida para producir resonancia en las mismas condiciones que encontraste en este experimento para el diapasn?

6) La velocidad del sonido depende de la presin atmosfrica?

S, depende de la presin atmosfrica segn la siguiente frmula:

8. PROBLEMAS Dos personas estn platicando a un distancia de 3.0 m de donde est usted, y usted est midiendo la intensidad del sonido como 1.1 x 10-7 W/m2. Otro estudiante se encuentra a una distancia de 4.0 m de los que hablan. Que intensidad de sonido mide el otro estudiante?

Datos:Yo: 3.0 1.1 x 10-7 Distancia: 3.0m 4.0 x intensidad: 1.1 x 10-7 W/m2Otra persona: 4.0 x 1.1 x10-7 / 3.0 = 1.4 x 10-7 W/m2Distancia: 4.0m intensidad: x W/m2

Aunque sean agradables, los conciertos de rock pueden daar odo de la gente. En la primera fila de un concierto de rock, a 5.00m del sistema del sonido, la intensidad de sonido es de 145.0 dB. Qu tan lejos debera usted sentarse para que la intensidad de sonido baje al nivel seguro recomendado de 90.0 dB?

Datos:1ra Fila:Distancia: 5.00m 5.00 145.0 intensidad: 145.0 dB x 90.0 Distancia 2: x 5.00 x 90.0 / 145.0 = 3.10 m intensidad 2: 90.0 dB

9. OBSERVACIONES.

En la tabla 6.5 no sacamos las frecuencias experimentales pues solo tomamos 1 una frecuencia y esta Se realiz varios clculos que cuyo resultado se encuentra en sus respectivas tablas Tratamos de reducir decimales para mayor rapidez al desarrollar los clculos No introducimos ninguna grafica del programa pasco captone Se trabaj con la mitad de la amplitud en la configuracin del generador de ondas. Se observ que el pico ms alto es la referencia de la frecuencia ms ptima a trabajar en este laboratorio. Se presenci bastante ruido dentro del laboratorio debido al mal uso del generador de ondas por el aumento de la amplitud.(recomendar que nadie trajo tapones para el odo)

Para hallar la frecuencia experimental del diapasn se trabaj con una sola longitud de onda.

10. CONCLUSIONES.

En la tabla 6.1 tubo cerrado de longitud variable nos muestra un error de 6.63 % Y tambin mediante frmulas resulto una velocidad del sonido experimental de 321,57m/s comparando con nuestra velocidad del sonido terica que es 344.42m/s

A partir de la tabla 6.2 tubo cerrado en frecuencia variable muestra un error de 1.91% con una velocidad promedio de 351.028m/s

En consecuencia para nuestra tabla 6.3 tubo abierto en longitud variable muestra un error de 3,31% esto indica que obtuvimos valores cercanos al valore terico por lo tanto resulto optimo nuestro experimento

En conclusin en nuestra tabla 6.4 para un tubo abierto de frecuencia variable resulto un error de 3.99% y una velocidad promedio de 33.65m/s por lo tanto las mediciones son correctas y optimas

Para la determinacin de la frecuencia para un diapasn nos muestra un error de 1.07%lo cual es optimo

Se logr medir experimentalmente la longitud de onda en una columna cerrada y abierta de resonancia de aire el cual se obtuvo un margen de error mnimo al 5% , lo que permiti que los clculos realizados tengan un buen logro

Se determin la velocidad de sonido en el aire, con los componentes de Pasco capstone se realiz buena toma de datos y anlisis grafico

Se verific que se puede determinar las distancias de una onda con la ayuda de un diapasn de frecuencia Se pudo calibrar un diapasn de frecuencia conocida Se concluye que se midi correctamente la longitud de onda en una columna cerrada y abierta corroborando con los errores de cada tabla Tambin se determin la velocidad en el aire unos muestro diferentes medidas a la cual casi todos tenan relacin por lo tanto se llev bien el laboratorio en clase Tambin calibramos el diapasn en una frecuencia conocida de 512 Hz

11.BIBLIOGRAFA:Bibliografa

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