Laboratorio de Fisica II (Velocidad de Sonido)

“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”

FACULTAD DE FIMAAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA

LABORATORIO DE FISICA ll

VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE

DOCENTE : FERNANDO HERNAN ROVALINO

INTEGRANTES: TRUJILLO FELIZ, HENRY

DANIEL SOTO HUAMANI; IVAN RONALD

TAUMA GUTIERREZ; VANESSA BAILON ARIAS; MOISES A.

HUACHUNAHUILLO RAMOS; JESUS TENA CONTRERAS; MOE LARRY GERRERO FERNANDEZ: JUAN C.

Fecha10/04/2023 LABORATORIO DE FISICA ll


2013

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN 32. OBJETIVOS 43. MARCO TEORICO 34. MARCO CONCEPTUAL 35. EQUIPOS 86. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO 97. TABLA DE RESULTADOS 138. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 189. BIBLIOGRAFIA 13

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RESUMEN

En este informe de laboratorio se hace referencia a las ondas sonoras, en especial al caso de resonancia en una columna de aire, donde se halla la relación entre la frecuencia de una fuente de sonido y la longitud de onda del sonido producido por un tubo sonoro en resonancia. También se mide la rapidez del sonido en el aire mediante el promedio de la temperatura en el tubo.Para esta práctica de laboratorio debemos tener en cuenta la velocidad y resonancia en una columna de aire:

INTRODUCCIÓN

• Velocidad del sonido en el aire.Entre la velocidad de propagación v de una onda, su longitud de onda, y su frecuencia f existe la relación:De modo que, si somos capaces de medir y f, es decir el modo de vibración podremos calcular la velocidad de propagación .Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales, que pueden propagarse en los medios materiales (sólidos, líquidos y gases).

• Resonancia en una columna de aire.Si, mediante una fuente sonora producimos una vibración de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado por el otro extremo), las ondas que se propagan a través de la columna de aire contenida en el tubo se reflejan en sus extremos. Si la longitud de la columna de aire se ajusta de modo que sea igual a un cuarto de la longitud de onda del tono emitido por la fuente sonora, la onda reflejada llegará al extremo abierto precisamente en fase con la nueva vibración de la fuente (en la reflexión en el extremo cerrado se produce un salto de fase de 180º) produciéndose una intensificación en el sonido emitido. Este fenómeno es conocido con el nombre de resonancia.

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VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE‐ TUBO DE RESONANCIA

1. OBJETIVOS:

Medir la velocidad del sonido en el aire a temperatura ambiente

de forma experimental.

Estudiar el fenómeno de la resonancia en el laboratorio.

Estudiar las ondas sonoras en una columna de aire.

Determinar la longitud de onda.

2. MATERIALES:

Frecuencímetro

Generador de funciones

Pistón de caucho

Parlante

Tubo de resonancia

Soporte universal con pinza sujetadora

Conectores

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO :

RESONANCIA:

Es un estado de operación en el que una frecuencia de excitación se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la máquina. Una frecuencia natural es una frecuencia a la que una estructura vibrará si uno la desvía y después la suelta. Una estructura típica tendrá muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente. Cuando la frecuencia de la fuerza impulsadora es igual a la frecuencia natural del oscilador, la energía absorbida por este en cada ciclo es máxima.

Cuando la música suena de forma elevada en una habitación, determinadas notas harán que resuene un objeto situado cerca de los parlantes.El sonido (las ondas sonoras) son Ondas Mecánicas Elásticas longitudinales

u ondas de compresión. Eso significa que:

Para propagarse precisan de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga).

Es el propio medio el que produce la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.

En los sólidos también pueden propagarse ondas elásticas transversales. La velocidad del sonido en el aire depende de la temperatura y se expresa como:

V = (331.5 + 0.6T) m/s

Dónde:

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T = es la temperatura del aire, se mide en grados centígrados. La ecuación muestra que la velocidad del sonido en el aire a 0°C es de 331.5 m/s y aumenta en 0.6m/s por cada grado de aumento de la temperatura.

VELOCIDAD DEL SONIDO

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas mecánicas longitudinales, producidas por variaciones de presión del medio; Estas variaciones de presión generan en el cerebro la sensación del sonido. La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera.Otro dato importante es que la velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

Entre la velocidad de propagación (v) de una onda, su longitud de onda,(λ) y su frecuencia (ƒ) existe la relación.

V = λf

De modo que, si somos capaces de medir λy f, podremos calcular la velocidad de propagación V.

Si el medio en que en que se propaga la onda sonora es un gas, tal como el aire, la velocidad de propagación viene dada por

Dónde:

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β = el módulo de compresibilidad del medio.

ρ = densidad.

Si admitimos que las transformaciones que acompañan a la propagación del sonido en el aire (es decir, las comprensiones y enrarecimientos) tienen carácter adiabático (ya que son muy rápidas) y que el aire se comporta como un gas ideal, entonces podremos describir.

β= γ P

Donde γ es llamado coeficiente adiabático y representa el coeficiente entre los calores molares a presión y a volumen constante γ = Cp /Cv (su valor puede ser 1.4 si se trata de gas diatómico y 1.66 si es monoatómico) y P es la presión del gas (la presión atmosférica).

La velocidad del sonido en un gas no es constante, sino que depende de la temperatura. De la ecuación de un gas ideal:

PV = RTn Dónde:

V: volumen m: masaR: constante universal de los gasesT: temperaturaP: presión

Y sabemos también

y

Donde:

ρ: densidad

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n: número de moles

M: peso molecular del gas

De ahí tenemos:

Reemplazamos:

en β=γP

Ahora hallamos la velocidad de propagación del sonido en un gas.

La velocidad del sonido en los líquidos

Medio Velocidad en el aire (m/s)Agua 1.493Mercurio 1.450Alcohol metílico 1.143

La velocidad del sonido en los solidos

Material Velocidad en el aire (m/s)

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Hierro 5.950Oro 3.240Acero 5.106Aluminio 4.000Plomo 1.960Madera 3.700

Tabla de relación gas velocidad

Gas Velocidad de propagación del sonido (m/s) a la presión de 1 atm

Aire (0º C) 331Alcohol etílico (97º C) 269Amoniaco (0º C) 415Gas carbónico (0º C) 259Helio (0º C) 965Hidrógeno (0º C) 1284Neón (0º C) 435Nitrógeno (0º C) 334Oxígeno (0º C) 316Vapor de agua (134 ºC) 494

4. PROCEDIMIENTO:

Implementación del sistema:

C o l o c a m o s el tubo de resonancia a una altura

determinada del parlante, para esto nos ayudamos

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del soporte universal.

Conectar el multímetro en función de frecuencímetro al generador.

Conectar los terminales del generador al parlante y en

paralelo al multímetro.

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Ajustar el generador hasta medir 1Khz.

Para el procedimiento:

Antes de insertar el pistón al tubo, se debe lubricar con una solución jabonosa el caucho del pistón; Insertar con mucho cuidado, por la parte superior del tubo, el hasta que llegue a la parte inferior del tubo.

Luego levantar el pistón lentamente y marcar su posición en donde se escuche la mayor amplitud del sonido, estas posiciones serán los antinodos de la onda sonora.

Medir las distancias marcadas del extremo inferior del tubo hasta el punto marcado obteniendo así L1, L2, L3.

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5. CÁLCULOS:

PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO DE DATOS:1) Obtención de la longitud de onda:

λ=2L

L= longitud de nodo a nodoUsando esta fórmula reemplazarlo en cada ensayo.

2) Hallando la velocidad de onda primer ensayo:

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a) Manteniendo la masa constante (tensión constante)

Luego de realizar el procedimiento descrito anteriormente de obtuvo la siguiente medida:• L1 = 22cm• L2 = 20cm• L3 = 19.5cm• L4 = 18cm• L5 = 17.5cm

Recordando que nuestra frecuencia fue 1KHz y la temperatura fue de 27°C

Calculo de la longitud de onda (λ):

λ=2⌂L

Dónde:Los resultados que se obtuvieron fueron:

F(Khz) λ(m) ν(m/s)

800 0.22 374.44

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850 0.20 340.4900 0.195 351.4951 0.18 342.36

1001 0.175 350.35

F(hz): frecuencia medidaλ(m): longitud de onda o estacionariav(m/s): velocidad del sonido

CONCLUSIONES

•La relación entra la longitud de onda y la frecuencias es inversamente proporcional, donde la constante de proporcionalidad es la velocidad de las ondas sonoras en el aire y tiene una ecuación de la forma λ = V f .

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•Podemos encontrar la velocidad de onda en el aire también aplicando las leyes de los logaritmos a la ecuación teórica.

•Cuando la onda sonora alcanza su máxima amplitud se puede escuchar su armónico, sobre tonos (resonancia).

•La resonancia de las ondas sonoras en un tubo varía dependiendo si es abierto o cerrado.

Bibliografía

Física – Guillermo de la Cruz Moreno

Física universitaria – Sears, Zemansky, Young, Freddman.

Fundamentos de física – Mc Graw Hill

http://www.UTP.EDU.PE

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http://www.UTP.EDU.PE/



FISICA GENERAL TINS - UTP

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