ANÁLISIS DE ONDAS SONORAS, RESONANCIA EN UNA COLUMNA DE AIRE

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ANÁLISIS DE ONDAS SONORAS, RESONANCIA EN UNA COLUMNA DE AIRE.

N. Bastidas.1, E. Zuleta1, D. Ortiz2

1 Ingeniería Biomédica, Universidad Autónoma de Occidente, 2Ingeniería Mecánica, Universidad Autónoma de Occidente

Resumen

Se utiliza un tubo de resonancia con parlante, junto con un sensor de sonido para generar ondas sonoras; se establece la relación entre ondas a  las diferentes longitudes del tubo para las que habrá resonancia en una frecuencia ya establecida. Con esta relación se busca determinar la velocidad del sonido en el aire. Se concluye que el comportamiento de las ondas a los extremos del tubo depende de factores como el diámetro del tubo y la frecuencia de las ondas.

Palabras clave: Frecuencia, ondas sonoras, resonancia.

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Abstract

Resonance tube speaker, with a sound sensor is used for generating sound waves; the relationship between the different wave lengths of tube which have a resonance frequency and stables. Whit this relationship is to determine the speed of sound in air is established. It is concluded that the behavior of waves to the pipe ends depends on factors such as the pipe diameter and frequency of the waves.

Keywords: Frequency, sound waves, resonance.

Introducción

Cuando las ondas están confinadas en el espacio, se producen reflexiones en ambos extremos, dando lugar a ondas que se mueven en direcciones opuestas que se combinan de acuerdo con el principio de superposición. Para una cuerda o tubo determinados, existen ciertas frecuencias para las cuales la superposición da un patrón de vibración denominado onda estacionaria. Este es el principio de operación de la voz humana y de muchos instrumentos musicales.

La aplicación más importante de las ondas sonoras estacionarias es la producción de tonos musicales con instrumentos de viento. Las ondas sonoras armónicas pueden generarse por una fuente que esta vibrando con un movimiento armónico simple, como un parlante excitado por un generador de audio. La fuente sonora hace que las moléculas de aire cercanas oscilen con un movimiento armónico simple respecto a su posición de equilibrio. A ciertas frecuencias se obtienen patrones de ondas estacionarias. Las frecuencias que producen estos patrones se denominan frecuencias de resonancia del sistema. Cada una de estas frecuencias y la función de onda que la acompaña se llama modo de vibración. En un tubo sonoro las frecuencias de resonancia dependen de su longitud y de que su extremo esté abierto o cerrado.

La velocidad del sonido se puede estimar teniendo la frecuencia y la longitud de onda, o de otro modo por medio de la temperatura del aire con la siguiente expresión:

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Donde T es la temperatura del aire, R la constante de los gases y M la masa molar del aire.

Y tenemos que:

Incertidumbre relativa para la velocidad del sonido:

∆Absoluta = | log10 Vs| * (∆B)

Incertidumbre absoluta para la velocidad del sonido:

∆Relativa = (∆Absoluta/Vs)*100

Para un tubo cerrado en un extremo tenemos:

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                                                           [pic 5]

Metodología

[pic 6]Imagen 1 Montaje experimental

Se realizó el montaje experimental como se ilustra en la imagen 1, siguiendo los pasos de la guía de laboratorio.1

Análisis y resultados

Los datos obtenidos sobre la resonancia en diferentes longitudes del tubo para las frecuencias usadas además de la temperatura dentro del tubo que se midió con un sensor se presentan a continuación en la tabla 1.

Una vez se encuentren los puntos donde se genera resonancia dentro del tubo se halla la longitud de onda generada para cada una de las frecuencias usadas, haciendo una resta entre los puntos donde se escuchó el fenómeno y luego multiplicándolos por dos de la forma:    

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