Velocidad sonido.

VELOCIDAD DEL SONIDO[pic 1]

Juan Camilo Plazas, Juan Carlos Suarez[pic 2]

Abstract

The objective of this project was to study the phenomenon of resonance, using a tube. The experiment measured the speed of sound in air by implementing the above experimental technique that so that we can compare the experimental results by this laboratory, we also compared the results with the corresponding theoretical expectations.

Key words: Resonance, stationary waves, speed of the sound, frequency.

RESUMEN

El objetivo de este proyecto fue el estudio del fenómeno de resonancia, utilizando un tubo. En el experimento se midió la velocidad del sonido en el aire poniendo en práctica las dicha técnica experimentales mencionadas de modo de poder comparar los resultados experimentales mediante este laboratorio, también comparamos los resultados con las expectativas teóricas correspondientes.  

Palabras clave: Resonancia, ondas estacionarias, velocidad del sonido, frecuencia.

INTRODUCCION

Onda sonora

Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica. Mecánicamente las ondas sonoras son un tipo de onda elástica.

Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a las que se encuentren en su vecindad, provocando un movimiento en cadena. Esa propagación del movimiento de las moléculas del medio, producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

Modo de propagación

El sonido está formado por ondas sonoras que no son sino ondas mecánicas elásticas longitudinales u ondas de compresión en un medio. 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 y propicia 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.

Propagación en medios

Las ondas sonoras se desplazan también en tres dimensiones y sus frentes de onda en medios isótropos son esferas concéntricas que salen desde el foco de la perturbación en todas las direcciones. Por esto son ondas esféricas. Los cambios de presión p2 que tienen lugar al paso de una onda sonora tridimensional de frecuencia ν y longitud de onda λ en un medio isótropo y en reposo vienen dados por la ecuación diferencial:

[pic 3]

donde r es la distancia al centro emisor de la onda, y c=ν•λ es la velocidad de propagación de la onda. La solución de la ecuación, a grandes distancias de la fuente emisora se puede escribir como:

[pic 4]

Donde  son respectivamente la presión de inicial del fluido y la sobrepresión máxima que ocasiona el paso de la onda.

Percepción humana de las ondas sonoras

El hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia). Se considera que el oído humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias entre los 20 y los 20.000 Hz, si bien también se consideran rangos entre 16 Hz (aproximadamente la nota más grave de un órgano de iglesia: do0 = 16,25 Hz) y 16.000 Hz (o 16 kHz). Las ondas que poseen una frecuencia inferior a la audible se denominan infrasónicas y las superiores ultrasónicas.

La sensación de sonoridad es la percepción sonora que el hombre tiene de la intensidad de un sonido. La sonoridad se mide mediante una magnitud llamada fonio, que utiliza una escala arbitraria cuyo cero (el llamado umbral de audición) corresponde a I0=1 × 10-12 W/m² a 1 kHz.

Resonancia

La 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 desvia y después la suelta. Una estructura típica tendra muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rapidamente. En consecuencia, no se puede aplicar mucha fuerza al sistema en la frecuencia de resonancia, y si uno sigue intentandolo, la amplitud de la vibración se va a incrementar hasta valores muy altos. Es la amortiguación que controla el movimiento de un sistema resonante a su frecuencia natural.

METODOLOGIA

Para lograr el objetivo de este laboratorio el docente a cargo dio una explicación sobre la práctica que se realizaría a continuación y los cálculos necesarios para culminarla con éxito; para llevar a cabo la misma fue necesario un tubo lleno de agua,  un diapasón y un  martillo de caucho. Así pues, se realizo el siguiente procedimiento en la práctica:

1. Inicialmente se coloco un diapasón de frecuencia conocida sobre la boca de un tubo lleno de agua, haciéndolo vibrar golpeándolo con el martillo de caucho.
2. Seguido de esto bajamos lentamente el nivel del agua, dejándola salir por la parte inferior del tubo, hasta escuchar un incremento en la intensidad de sonido (resonancia).  Marcamos este punto en el tubo.
3. Dejamos que el nivel de agua continuamos bajando y produciendo nuevamente la onda de sonido en el diapasón, localizando los puntos siguientes donde hay resonancia.
4. Teniendo en cuenta la frecuencia del diapasón y la longitud de onda, calculamos la velocidad del sonido.
5. Repetimos el procedimiento con 2 frecuencias diferentes y hallamos la velocidad del sonido.

 De esta manera se dio por terminada la práctica.

RESULTADOS

1 DIAPASÓN

Tabla 1. Longitudes obtenidas a partir de frecuencia 2048 Hz.

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