TP Sonido

Introducción:

El objetivo del presente trabajo práctico es efectuar la determinación de la velocidad de propagación del sonido en el aire, a partir de la cual obtendremos la frecuencia de resonancia de tres diapasones en un medio líquido (si bien, como se verá más tarde, tan solo se determinó para dos diapasones). Para ello dispondremos de dos dispositivos experimentales: el Tubo de Quincke y el tubo de resonancia, cuyas partes y el empleo que se les dio para la obtención del objetivo de nuestra experiencia los detallaremos, a continuación, en el procedimiento experimental.

Procedimiento experimental:

La experiencia- como se ha señalado en la introducción- constará de dos partes y por lo tanto precisa del uso de distintos dispositivos experimentales a su fin. La primera parte tendrá como objetivo entonces determinar la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el aire mediante el empleo del Tubo de Quincke.

A continuación exponemos un esquema del dispositivo experimental empleado en la primera parte del TP:

Fig.1: Tubo de Quincke.

El Tubo de Quincke es un tubo de plástico consistente en dos ramas, una de ellas de una longitud fija (la rama M), mientras que la longitud de la rama N es móvil. Esto último se debe a que se puede desplazar de su posición inicial (donde el desplazamiento d = 0) hasta el tope de la rama M que se halle dentro de la rama N (como bien se puede apreciar en el esquema). Desde uno de sus extremos, una fuente emisora transmitirá las ondas acústicas (en este caso un parlante), debido a la excitación producida por un generador de audiofrecuencias. El generador de audiofrecuencias es un instrumento que deberá ser configurado para la emisión de una señal sinusoidal a una frecuencia definida (mediante unas perillas destinadas a tal fin). La señal emitida es sinusoidal pues precisamente lo que se está emitiendo son ondas sonoras, cuya representación gráfica adquiere una forma sinusoide. Las ondas de sonidos se propagarán en ambas ramas (tanto en N como en M) para ser recibidas por una fuente receptora, que se halla en el extremo opuesto al inicio del recorrido. En dicho lugar las ondas se chocarán produciéndose un fenómeno que puede ser tanto constructivo, como destructivo. La fuente receptora del tubo es un micrófono, que traducirá las perturbaciones sonoras emitidas por el parlante en perturbaciones eléctricas que pueden medirse con un osciloscopio. Este aparato tiene como cometido identificar las distintas longitudes de ondas, dependiendo esto del tipo de interferencia que se produzca entre las ondas sonoras al llegar a la fuente receptora. El osciloscopio consta de una pantalla mediante la cual podremos visualizar los distintas gráficas de las ondas (que dependerá del tipo de interferencia que tenga lugar en el tubo). A medida que se desplace la rama móvil del tubo se podrán encontrar tanto interferencias constructivas como destructivas. Estas podremos identificarlas del siguiente modo: Si en la pantalla del osciloscopio se delinean curvas sinusoidales, nos indicará que se trata de una interferencia constructiva (o en su defecto parcialmente destructiva) puesto que lo que sucede es que al chocarse las ondas coinciden los valles y las crestas de las ondas (o bien se hallan un poco desplazadas respectivamente). Asimismo, en un determinado momento, estas ondas disminuirán de tamaño al punto de representarse en el osciloscopio una línea recta (si bien se verá que no es necesariamente recta), que nos indicará que se ha dado una interferencia destructiva al coincidir valles con crestas respectivamente, es decir, que han choca do ondas sonoras con oposición de fase.

Ahora bien, a continuación detallaremos el procedimiento. Primero es necesario encender el generador de audiofrecuencias, el micrófono y el osciloscopio. Se harán tres observaciones, en las cuales se configurará en el generador de audiofrecuencias una frecuencia determinada. En nuestro caso empleamos 1092 Hz, 1370 Hz y 1460 Hz. Una vez fijada la frecuencia y siendo emitida la señal debemos observar la pantalla osciloscopio. Nótese que la rama móvil N del tubo se halla en la posición inicial. Para cada observación deberemos desplazarla hasta que en el osciloscopio podamos observar una interferencia destructiva. Asimismo tomaremos nota del desplazamiento del tubo necesario, en la frecuencia definida, donde se produzcan las tres primeras interferencias destructivas. Para ello contamos con una cinta métrica adosada al costado del tubo (desde la posición igualdad de recorrido). Así como se verá la interferencia destructiva en el osciloscopio notaremos la ausencia de sonido alguno en estos casos.

A continuación indicaremos las magnitudes que se miden directa o indirectamente y de qué modo. Las magnitudes que se determinan directamente son: la frecuencia y el desplazamiento. La frecuencia, como ya hemos señalado, se configura en el generador de audiofrecuencias. El desplazamiento (de uno solo de los lados pues sino sería 2d) se determina mediante la cinta métrica adosada al costado del Tubo de Quincke. Respecto a las magnitudes que en esta primera parte se determinan indirectamente tenemos a: la longitud de la onda sonora y la velocidad. Sobre la longitud de onda expresada como λdebemos tener en cuenta que condición debe satisfacer cuando se observe una interferencia destructiva. Para eso la igualamos con la diferencia de caminos Δde modo tal que tenemos:

Δn = ( n + 1/2 ) λ

donde n es cualquier número natural. La diferencia de recorridos se trata, en síntesis, del doble del desplazamiento, por lo cual la ecuación puede reemplazarse del siguiente modo:

2dn = ( n + 1/2 ) λ

dn = ( n/2 + 1/4 ) λ

De este modo, en los tres desplazamientos donde se dé una interferencia destructiva se les asignará un número: 0, 1 y 2. Estos números reemplazarán n, según el caso, determinándose lo siguiente:

d1 = λ/ 4

d2 = 3 λ/ 4

d3 = 5 λ/ 4

Asimismo, no solo hay que hallar la medida de la longitud de las ondas para los tres desplazamientos, sino que también se precisa la obtención de λp.

La obtención de la velocidad de propagación del sonido en el aire se efectuará para cada observación. Esta se obtiene de la siguiente ecuación:

v = λ. f

donde v es la velocidad y f la frecuencia que se haya definido en la observación. Claro está que la longitud de ondas debe ser la resultante del promedio entre las tres determinadas, es decir, λp. Tras la obtención de las tres velocidades (correspondientes a las tres observaciones) se hallará su promedio, el cual deberá ser comparado con el valor tabulado (a 20 ºC, presión atmosférica y 60 % de humedad) que es el siguiente:

v = (344,203  0,001) m/s

En cuanto al criterio

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