ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALINSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FISICA B

Profesor:

Ing. Bolívar Flores

Título de la práctica:

Ondas II

Nombre:

Nelson Chiriboga Cedeño

Fecha de entrega del informe:

Martes, 30 de noviembre del 2010

Paralelo:

5

Año:

2010-2011

RESUMEN

En la práctica lo que buscamos es encontrar un valor aproximado al de la velocidad del sonido en el aire utilizando un experimento muy sencillo, el cual trabaja básicamente de las vibraciones que produce un diapasón y que cuando estas vibraciones viajan a través de un tubo abierto producen un sonido. Debemos encontrar los dos puntos donde la intensidad del sonido producida por la vibración del diapasón sean las mayores. Esto que hemos mencionado es el paso fundamental para la práctica ya que lo que haremos será cambiar de diapasones de mayor y menor frecuencia y determinar los 2 puntos donde se produzcan la mayor intensidad de sonido.

Al relacionar cada una de estas mediciones obtenidas de los diferentes diapasones y ubicarlas en un grafico de f Vs 1/λ tendremos una función lineal creciente en donde la pendiente de dicha recta seria nuestro valor experimental aproximado del valor de la velocidad del sonido en el aire.

OBJETIVOS

Medir la rapidez del sonido en el aire, utilizando el método de resonancia.

INTRODUCCIÓN

Los tubos de caña o de otras plantas de tronco hueco, constituyeron los primeros instrumentos musicales. Emitían sonido soplando por un extremo. El aire contenido en el tubo entraba en vibración emitiendo un sonido.

Las versiones modernas de estos instrumentos de viento son las flautas, las trompetas y los clarinetes, todos ellos desarrollados de forma que el intérprete produzca muchas notas dentro de una amplia gama de frecuencias acústicas.

El órgano es un instrumento formado por muchos tubos en los que cada tubo da una sola nota. El órgano de la sala de conciertos de La Sydney Opera House terminado en 1979 tiene 10500 tubos controlados por la acción mecánica de 5 teclados y un pedalero.

El tubo de órgano es excitado por el aire que entra por el extremo inferior. El aire se transforma en un chorro en la hendidura entre el alma (una placa transversal al tubo) y el labio inferior. El chorro de aire interacciona con la columna de aire contenida en el tubo. Las ondas que se propagan a lo largo de la corriente turbulenta mantienen una oscilación uniforme en la columna de aire haciendo que el tubo suene.

Tubos abiertos

Si un tubo es abierto, el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos. En la figura, se representan los tres primeros modos de vibración

Como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda. Si la longitud del tubo es L, tenemos que

L=l /2, L=l , L=3l /2, ... en general L=nl /2, n=1, 2, 3... es un número entero

Considerando que l =vs/f (velocidad del sonido dividido la frecuencia)

Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula

Tubos cerrados

Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado. Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4. La longitud L del tubo es en las figuras representadas es L=l /4, L=3l /4, L=5l /4...

En general L=(2n+1) l /4; con n=0, 1, 2, 3, ...

Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula

Leyes de Bernoulli

Las fórmulas obtenidas explican las denominadas leyes de Bernoulli:

La frecuencia del sonido en un tubo es:

Directamente proporcional a la velocidad del sonido vs en el gas que contiene el tubo

Inversamente proporcional a la longitud del tubo L

En un tubo abierto, se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental (n=1) y sus armónicos (n=2, 3, 4, ..)

En un tubo cerrado, se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental y los armónicos impares (2n+1=3, 5, 7, ...).

En dos tubos idénticos y con el mismo gas, uno abierto y otro cerrado, el abierto produce un sonido cuya frecuencia (fundamental) es el doble que la del cerrado.

PROCEDIMIENTO

Al diapasón lo acercamos al extremo abierto del tubo con agua y con el martillo lo perturbamos

haciendo producir un sonido. Debemos encontrar en qué punto el sonido que produzca la

perturbación con el diapasón sea el máximo este punto lo hayamos moviendo el recipiente

conectado al tubo. Este punto será nuestro L1ahora debemos hallar otro punto más abajo donde

se produzca el mismo efecto es decir emita un sonido fuerte. Este nuevo punto lo llamamos L2.

Cuando ya tenemos los valores de L1 y L2 tomamos otro diapasón de muestra y procedemos a

realizar los mismos pasos y a encontrar los nuevos valores de L1 y L2 para este nuevo diapasón.

Debemos realizar esta práctica con 5 diapasones, es decir tomar los valores de cada altura.

Solamente para tener referencia de las mediciones podemos decir que el valor de L2 debe ser 3

veces más el valor de L1, ahora esta diferencia es una aproximación para poder obtener un buen

resultado. Con esto no estamos diciendo que L2tendrá que ser exactamente 3 veces mayor que

L1 sino que puede estar aproximándose a esta variación de medidas.

Una vez que ya tengamos cada una de las mediciones obtenidas por cada diapasón, procedemos a

llenar la tabla de datos que nos dan y a graficar lo que nos piden (f Vs 1/λ) y a obtener el valor de

la pendiente. Recordar que la pendiente de esta grafica nos debe de dar un valor aproximado al de

la velocidad del sonido en el aire (aprox=350 m/s).

Contestar las preguntas que aparecen en para esta práctica.

RESULTADOS

1. Observaciones y datos.a. Medición de la velocidad del sonido en el aire.b. Complete la tabla de datos.

f(Hz) L1(m) L2(m) λ(m) λ^-1 t(°C)523 0,128 0,384 0,512 1,95 29512 0,155 0,495 0,68 1,47 29

493,9 0,165 0,525 0,72 1,389 29480 0,173 0,538 0,73 1,369 29426 0,19 0,6 0,82 1,22 29384 0,205 0,59 0,77 1,3 29

349,2 0,24 0,744 1,01 0,91 29320 0,268 0,834 1,13 0,883 29293 0,275 0,825 1,1 0,91 29256 0,355 1,01 1,31 0,763 29

c. Gráfico f vs. 1/λ.

200 250 300 350 400 450 500 5500

0.5

1

1.5

2

2.5

d. Encuentre el valor del sonido en el aire a la temperatura ambiente usando el gráfico.

m=Y 2−Y 1X2−X1

m=500−2301.43−0.7

= 2700.73

m=369.86

Velocidad del Aire= 3.7*10^2 m/s

2. Análisis.a. Encuentre la diferencia relativa entre el valor teorico y el valor experimental de la velocidad

del sonido en el aire.

|VT−VEVT |∗100=¿

|348.76−369.86348.76 |∗100=6.05%

b. Tomando en cuenta el aparato que utilizo, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta en la pregunta anterior.Porque existen errores al momento de la toma de mediciones directas, estos errores, son por parte nuestra.

c. ¿Qué efecto podría tener el vapor sobre la frecuencia resonante del tubo?El vapor es interferencia en el experimento y se obtiene un valor errado de la longitud de onda.

d. Un tubo abierto de órgano musical de 3.0 m de longitud y 0.15 m de diámetro resuena cuando se sopla contra su abertura a 20°C. ¿Cuál es la frecuencia de la nota producida?

f= V4 L

f=343.534∗3

=28.63Hz

FOTOS PRÁCTICA

CONCLUSIONES:

Al finalizar la práctica, el valor que se obtuvo de la experimentación fue un número aceptable. El rango de error del resultado de la velocidad del sonido en el aire fue pequeño. Un 6 % nos avala una buena práctica, con un trabajo grupal muy bueno.

Si bien la practica no fue perfecta, estos fallos están considerados dentro de lo normal. También se pudo observar como cambia la distancia a la que el sonido se escucha en un tubo cerrado, a través de la experimentación con el equipo e laboratorio en conjunto con los diapasones. Y se pudo aterrizar la teoría vista en clase.

BIBLIOGRAFIA:

Guía de Laboratorio de Física B.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/acustica/tubos/tubos.htm