CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 1 Anlisis Cualitativo de Ondas Sonoras Presentado por: Andrea Jaramillo Loraine De Moya Dirigido a: Ing. Wilfrido Ferreira Grupo FD2 Laboratorio de Fsica de Calor y Ondas Ingeniera Electrnica Ingeniera Industrial Barranquilla, 5 de mayo de 2011 CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 2 Tabla de contenido Objetivos .. 3 1.Introduccin . 4 2.Introduction .. 5 3.Marco terico .......... 6-7 4.Procedimiento y montaje 8 5.Anlisis5.1Anlisis fsico.9-10 6.Conclusin . 11 7.Conclusion . 11 8.Bibliografa .12 CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 3 Objetivos General -Analizarelfenmenodelasondas sonoras. Especficos -Observarlasvariacionesdelas ondassonorasendiferentes medios. -Identificarpormediodela observacinlaamplitudmximade las ondas sonoras. CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 4 1.Introduccin Losantiguosyasabanqueel sonidosepropagaenelaire. Aristtelescreaquelossonidosde distintostonostenianvelocidades diferentes.FueGassendiquienen 1624hizounadeterminacindela velocidaddelsonido,demostrando quelosagudosylosgravesse propaganconigualvelocidad.En 1738,laAcademiadeCiencias ordenquesehicierauna estandarizacinquediocomo resultado333metrosporsegundo. Sedemostrentoncesquela velocidadesindependientedela presinyaumentaconla temperatura.En1705,Derham estudi la influencia del viento sobre lapropagacindelsonido,yViviani estableciclramentequeestese propagaigualmenteencualquier sentido,conindependenciadesu tonoeintensidad.En1772, Priestleyestudilapropagacindel sonidoendistintosgases, estableciendoquesuvelocidades proporcionalaladensidaddelgas. En1842,Dplerdescubrila influenciadelmovimientodela fuentesonora,odelobservador,en lapercepcindelsonido.En1812, Niotobservqueuntubode1000 metros de longitud propagaba la voz contodaintensidad,aunquese hablaraenvozbaja.Coneste mismotubometlico,delas caerasdePars,determinla velocidaddelapropagacindel sonidoenlosslidosLa propagacindelsonidoenelagua, negadadurantemuchotiempofue demostradaporSavartenelao 1826.Despus,Cagniardestudila propagacindelsonidoenlos lquidos en general. En una columna lquida,provoclaemisindelos sonidosporsuvibracinyobserv que la velocidad variaba de acuerdo con las distintas maneras reproducir elsonido.Seisaosdespus,otro fsico,llamadoWertheim, perfeccionelprocedimientode Cagniard,haciendovibrarellquido medianteotracorriente,enlugarde hacerlopormediodefrotamiento delcao.Yesgraciasaestos estudios que hoyse puede saber en quconsisteelfenmenodelas ondassonorasycuantificar algunas desuscaractersticascmola longitud,amplitud,velocidady CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 5 frecuencialocualsepodr comprobareneldesarrollodela experiencia. 2.Introduction Theancientsknewthatsound travelsintheair.Aristotlebelieved thatthesoundsofdifferenttones haddifferentspeeds.Itwas Gassendiwhoin1624madea determination of the speed of sound, demonstratingthatthehighsand lows are spread with equal speed.In 1738,theAcademyofSciencesdid orderedastandardizationthat resultedin333metersper second. Wasthenshownthatthe rateisindependentofpressureand increases with temperature.In 1705, Derhamstudiedtheinfluenceof windonsoundpropagation,and Vivianimadeclearthatthisis spreadequallyineitherdirection, regardlessofitstoneand intensity. In1772,Priestleystudied the propagation of sound in different gases,statingthatitsspeedis proportional to the density of gas.In 1842,Dopplerdiscoveredthe influenceofthemovementofthe soundsourceorobserverinthe perceptionofsound. In1812,Niota notedthatapipelengthof1000 metersspreadthewordwitha vengeance,thoughitspoke softly. With this metal pipe, the pipes ofParis,determinedthespeedof soundpropagationinsolidsThe propagationofsoundinwater,long denied by Savartwas demonstrated in1826. ThenCagniardstudiedthe propagationofsoundinliquidsin general. Inaliquidcolumn,caused theemissionofsoundbytheir vibrationandnotedthattherate variedaccordingtothedifferent waystoplaysound.Sixyearslater, anotherphysicist,calledWertheim, perfectedtheprocedureCagniard, vibratingtheliquidwithanother stream,ratherthanthroughrubbing ofthetube. Anditisthroughthese studiescannowknowwhatthe phenomenonofsoundwavesand quantifysomeofitscharacteristics suchaslength,width,speedand frequencywhichcanbeverifiedin the development of experience. CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 6 3.Marco terico Unsonidosegeneraporlavibracin deobjetosmateriales.Enunpiano, unviolnounaguitarra,unacuerda que vibra produce ondas sonoras. En unsaxofnlasproduceunalengeta que vibra; en una flauta, una columna deaireondulantequeentraporla boquilladelinstrumento.Nuestravoz esproductodelavibracinde nuestrascuerdasvocales.Entodos estoscasos,lavibracinoriginal estimulalavibracindealgoms grandeodemayormasa:lacajade resonanciadeuninstrumentode cuerdas, la columna de aire dentro de uninstrumentodelengetasode viento,oelairedelabocayla gargantadeunacantante.Este materialvibratorioenvaentonces unaperturbacinatravsdelmedio circundante,queporlogenerales aire,enformadeondas longitudinales.Encondiciones ordinariaslafrecuenciadelafuente vibratoriaesigualalafrecuenciade lasondassonorasqueproduce.El tonoeslaimpresinsubjetivaque causalafrecuenciadelsonido.Un sonido de tono alto como el sonido de unflautntieneunafrecuenciade vibracinelevada,mientrasqueel sonidodetonobajotieneuna frecuenciadevibracinpequea. Normalmente,unapersonajoven puedeescuchartonosque correspondenafrecuenciasde20a 20000Hz,aprox.Nopodemos escucharlasondassonorasde frecuenciainferiora20Hz (infrasnicas),niaquellascuya frecuenciaesmayorde20000HZ (ultrasnicas). f = n v/ 2 l Dondeleslalongituddelavarilla,v la velocidad de propagacin y n es la cantidad de vientres de la onda.Ondas sonoras peridicas Ondasonorauondadepresinode desplazamiento.Lavariacinde presinesunmximocuandoel desplazamiento es cero, en tanto que el desplazamiento es mximo cuando lavariacin de presin es cero. Enelcasodelasondassenoidales, lavariacioneneldesplazamiento esta dada por : CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 7 S(x,t)= smax cos (kx-wt) smax0desplazamientomximoa partirdelequilibrio=amplituddel desplazamiento K = nmero de onda angular k = W= frecuencia angular W= La variacion de presion desde el valor deequilibrioestadadapor:p pmax sen kx wt. Dondepmax=eslaamplitudde presin.Laondadepresinesta90 fueradelafaserespectodelaonda dedesplazamiento.Larelacinentre Smax y pmaxesta dada por pmax pvwSmax La intensidad de la onda sonora Laintensidaddeunaondasonora peridicaqueeslapotenciapor unidad del rea: I= pv(wsmax)2 = p2max/2pv Niveles sonoros en decibeles B =10 log(I/I0) El efecto Doppler establece el cambio defrecuenciadeunsonidode acuerdoalmovimientorelativoentre lafuentedelsonidoyelobservador. Estemovimientopuedeserdela fuente,delobservadorodelosdos. DiramosqueelefectoDoppler asumelafrecuenciadelafuente comounaconstanteperolo escuchadodependedelas velocidadesdelafuenteydel observador. Lafrecuenciaquepercibirel observadorsepuedehallardela siguiente relacin: f=(f CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 8 4.Procedimiento y montaje Experiencia 1: Materiales: -Cuerda metlica de guitarra -Poleas -Base de madera Figura 1. Procedimiento: Secolocalacuerdametlica sobrelaspoleas,seponeuna pesacolgandodeesta,se someteavibracinconla manoysemidelamxima elongacinconocidacomo mximaamplitud.Asmismo serepiteelprocedimiento aadindolepesoalsistema. Luegosecomparanambas amplitudes. Experiencia 2: -Manguera -Adaptador -Agua -Embudo Figura 2.http://drupal.puj.edu.co/files/OI188_Luis%20Alfredo%20Rodriguez.pdf Procedimiento: Se llena el embudo de manera queelaguatambinocupela manguera,seproducelaonda sonoramediantelavibracin deldiapasn.Luegose desciendeverticalmenteel embudohaciendo que el agua sedesplacehacialaotra aperturadelamanguerayse analiza el fenmeno por medio delaaudicinyvisinde maneraarticuladaconlos compaeros de la mesa. CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 9 5.Anlisis Datos: Onda generada en la cuerda: Pesa: 100gr Dos intentos: =Amplitud mxima= 1cm; 0,9cm Promedio= 0,95cm Figura 3. Cuerda tensionada por una pesa de 100gr. Pesa: 295gr Dos intentos: =Amplitud mxima= 0,7cm; 0,8 cm Promedio= 0,75cm Figura 4. Cuerda tensionada por una pesa de 295gr. Onda generada en el diapasn: =Amplitud mxima= 10cm; 7,5cm Promedio= 8,75cm Todotipodeondanecesitadeun medioparapropagarse.Enestas experienciaslasondassonorasse propaganenelslidorepresentado porlacuerdayelagua respectivamente.Estaltima perturbadaporelsonidodeun diapasn.Yaqueunodelosfines comunes de las dos experiencias era medir la amplitud mxima de la onda, se pudo cuantificar esta magnitud. La primera se desarrollo por medio de la cuerdaquesearticulabaconlas poleasyselegenertensin medianteunaspesas;laprimera experienciaconlacuerdafuecon unapesade100grcondosintentos almedirsuamplitudmximacuando sehaciavibraresta,desplazndola desuposicindeequilibrio.Yla segunda experiencia de la cuerda con 295grconlocualsegeneramayor tensin,yaquelafuerza(tensinen estecaso)esigualalamasaporla gravedad.Pudiendocompararlas CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 10 amplitudesmximasenelprimer caso0,95cmyenelsegundocaso 0,75cm, y concluyendo que la masa y la amplitud mxima son inversamente proporcionales. Paralasegundaexperiencialaonda sonorasegeneraalhacervibrarun diapasnyocasionandountrende ondassinusoidalesquesepropagan delmedioslido,alaireydeesteal lquido.Locualafectasus propiedadeselsticas,condicinque de inmediato altera las caractersticas de propagacin de las ondas sonoras producindoseenestainterfaseaire-lquidounareflexindelaondayun cambiodelavelocidadde propagacin de la onda que continua. Almomentoenquesedesciendeel embudodesuposicininicialdela experiencia,lamangueraflexible permitequelacolumnadeaguase desplace,locualalargaladistancia entreelfocodelsonidoyelmedio lquido,apreciadopormediodela audicindeunreceptor.La superposicindelasondassonoras incidenteyreflejadaenelinteriorde lacolumnadeaireeneltubopuede darlugaraondasestacionarias siempreycuandolafrecuenciadel sonido y la longitud de la columna de aireenelinteriordeltubotengan valores apropiados. Figura 5. Manguera conectada a un embudo Figura 6.Onda sonora generada en un diapasn CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 11 6.Conclusin Casitodoslossonidosquese escuchansetransmitenatravsdel aire, pero tambin se propagan en los slidos o en los lquidos. El sonido se transmite con ms intensidad y mayor rapidez en el metal que en el aire. En general, los slidos y los lquidos son buenosconductoresdelsonido; mejoresqueelaire.Larapidezdel sonidocambiaenlosdistintos materiales,engeneralsetransmite con mayor rapidez en los lquidos que en los gases, y an ms rpido en los slidos. El sonido no se propaga en le vaco,paraquesetransmitaes necesariounmedio.Sinohayuna sustanciaquesecomprimayse expandanopuedehabersonido, puedehabervibraciones,perosinun medio no hay sonido. 7.Conclusion Almost all the sounds you hear are transmittedthroughtheair,but also propagate in solids or liquids. Thesoundisharderandfasterin metal than in air. In general, solids and liquids are good conductors of sound,betterthanair.Thespeed ofsoundchangesindifferent materials,usuallyspreadfasterin liquidsthaningases,andeven faster in solids. The sound will not propagateinvacuum,for transmission requires a medium. If thereisasubstancethatwill compressandexpand,therecan be sound, there may be vibrations, but not half no sound. CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS FACULTAD DE INGENIERA 12 8.Bibliografa -Introduccin consultada en: yhttp://tecnologia.idoneos.com/index.php/La_velocidad_del_sonido, 05-05-2011 -Marco terico consultado en: ySerway, Fsica I,Mc Graw Hill, Tercera edicin, p.yColegio24hs.Sonido., Argentina:Colegio24hs,2004. http://site.ebrary.com/lib/bibliotecacucsp/Doc?id=10049108&ppg=8,Copyright2004. Colegio24hs.Allrights reserved. yLEA,SusanyBURKE,John. LaNaturalezadelasCosas. Thomson Editores. Mxico: Vol I. yPaulE.Tippens.Fsica conceptosyaplicaciones.Mc Graw Hill. Sexta edicinyPaulGHewitt.Fsica conceptual.PearsonAddison Wesley. Decimal edicion