El tubo de Rubens oEcualizadores de Propano

INTEGRANTES:Cristian Romero SeguraFranky Martinez

Presentado a:Ing.: Karen Herazo

Laboratorio de Oscilaciones y OndasGrupo: A

Universidad de PamplonaPamplona-norte de Santander20/nov/2015

NDICE

1. Objetivos 32. Introduccin 43. Marco terico3.1 Historia53.2 Onda Sonora53.3 Modo de Propagacin63.4 Ondas Estacionarias63.5 Tubo de Rubens 73.6 Tubo de Rubens funcionando84. Principio Qumico94.1 Estructura Qumica95. Principio Fsico 115.1 Clculos de transformacin de vatios decibeles 135.2 Clculos de la velocidad del sonido en los gases 13 5.3 Velocidad a la cual viaja el gas propano 145.4 Clculos de la longitud de onda del propano 145.5 Clculos de la intensidad sonora 15 6. Procedimiento 166.1 Materiales y Construccin16 7. Especificaciones 177.1 Fabricacin y montaje 188. Recomendaciones 199. Conclusiones 2010. Bibliografa 21

OBJETIVOS

Objetivo general1) Dar a conocer el funcionamiento de las ondas mecnicas de naturaleza longitudinal mostrando su comportamiento en las llamas que salen de acuerdo a la forma de la onda sonora y mostrar los distintos niveles de intensidad de las ondas variando el tipo de sonido.

Objetivos especficos1) Mostrar como es la formacin de una onda de sonido yComprobar que mientras ms grande es la frecuencia ms pequea es la longitud de la onda.2) Demostrar como las ondas sonoras varan a medida que vara la frecuencia y diferencias de presin.3) Elaborar un procedimiento tcnico sobre la frecuencia de las ondas a travs de los gases propano y demostrar que las llamas son sensibles cuando se ponen en contacto con el sonido.

INTRODUCCINEl tubo de Rubens es un dispositivo con el cual podemos observar de una manera ms clara el efecto que tiene una onda sonora al pasar por una superficie que genera el gas; teniendo en cuenta que una onda sonora, es una onda que puede viajar a travs de cualquier medio material elstico (solido, liquido o gaseoso) con una velocidad que depende de las propiedades del medio. Al entrar en contacto estas ondas con un medio en particular en este caso con un gas inflamable, las partculas en el medio vibran para producir cambios de densidad y presin a lo largo de la direccin de movimiento de la onda que se transmite en forma de onda esfrica peridica o cuasi peridica, al encender el gas este nos deja ver el comportamiento de ondas estacionarias representada por llamas que adems de ser muy pedaggicas es algo muy interesante de ver.

MARCO TEORICOHISTORIAJOHN LE CONTE en 1858 descubri que las llamas eran sensibles al sonido. En 1862 RUDOLPH KOENIG demostr que la altura de una llama podra verse afectada por la transmisin de sonido en el suministro de gas, y el cambio con el tiempo podra ser mostrado con rotacin de espejos. KUNDT, en 1866, demostr con una acstica, ondas poniendo semillas de LYCOPODIUM o polvo de corcho en un tubo. Cuando el sonido se present en el tubo, el material del interior alineado en nodos antinodos y en consonancia con la oscilacin de la ola, crearon una ola de pie. Ms tarde, en ese mismo siglo, demostraron que las pequeas llamas podran utilizarse como indicadores de presin.

Por ltimo, en 1904, usando estos dos importantes descubrimientos, HEINRICH RUBENS (cuyo nombre toma esta experiencia) utiliz un tubo de 4 metros de largo perforado con 200 pequeos agujeros en l, con intervalos de 2 centmetros, completndolo con un gas inflamable (Propano). Despus de encender el gas (cuyas llamas se elevaron a la misma altura de los presentes), seal que un sonido producido en un extremo del tubo puede crear una ola de Pie, lo que equivale a la longitud de onda del sonido que se est realizando. El Tubo de Rubens es un aparato que nos muestra estas variaciones de presin en forma de onda transversal, visualizndolas a travs del gas propano. El gas tiene zonas en que la onda es ms larga ya que recibe presin de la onda y otras zonas donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. Estas llamas nos dibujan la longitud y la frecuencia de la onda.ONDA SONORA:Es una onda que puede viajar a travs de cualquier medio material elstico (solido, partculas en el medio vibran liquido o gaseoso) con una velocidad que depende de las propiedades del medio. Las para producir cambios de densidad y presin a lo largo de la direccin de movimiento de la onda que se transmite en forma deonda esfricaperidica o cuasi peridica.Las variaciones de presin, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de lasmolculasque lo forman. Las diferencias de presin generadas por la propagacin del movimiento de las molculas del medio, producen en el odo humano una sensacin descrita como sonido.

MODO DE PROPAGACINEl sonido est formado porondas mecnicas elsticaslongitudinales u ondas de compresin en un medio. Eso significa que: Para propagarse precisan de un medio material (aire, agua, cuerpo slido) que transmita la perturbacin (viaja ms rpido en los slidos, luego en los lquidos va lento, y an ms lento en el aire, y en el vaco no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la propagacin de estasondascon su compresin y expansin. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que ste sea unmedio elstico, ya que un cuerpo totalmente rgido no permite que las vibraciones se transmitan. As pues, sin medio elstico no habra sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vaco. Adems, los fluidos slo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibracin de las partculas se da en direccin paralela a la velocidad de propagacin a lo largo de la direccin de propagacin. As los gradientes de presin que acompaan a la propagacin de una onda sonora se producen en la misma direccin depropagacinde la onda, siendo por tanto stas un tipo deondas longitudinales(en los slidos tambin pueden propagarse ondas elsticas transversales).ONDAS ESTACIONARIAS:Lasondas estacionariasson aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmviles. Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia, amplitud pero con diferente sentido, a lo largo de una lnea con una diferencia de fase de media longitud de onda.

Grafica describe el comportamiento de la onda estacionaria dentro del tubo de Rubens.

Tomada de:https://sites.google.com/site/ecpwaves/fsico-terico/ondas-estacionariasNodos: Puntos inmviles Antinodos: Puntos donde su frecuencia es mxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagacin sino los distintos modos devibracinde la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana,... determinados, slo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia.

EL TUBO DE RUBENSEl sonido cuando se propaga a travs del aire genera diferencias de presin; el sonido consiste en un movimiento ondulatorio producido en un medio elstico por una fuente de vibracin. La onda es mecnica de tipo longitudinal cuando el medio elstico en que se propaga el sonido es el aire y se regenera por variaciones de la presin atmosfrica por, sobre y bajo el valor normal, originadas por la fuente de vibracin. La velocidad de propagacin del sonido es de 331mts por segundo a 0C variando 0,65mts por segundo por cada grado centgrado que se incremente en la temperatura ambiente. Es un dispositivo que permite la visualizacin de ondas sonoras. Consiste en un tubo, que se llena de gas inflamable. En uno de los extremos del tubo se coloca un altavoz, y el otro permanece cerrado. Sobre el tubo se realizan una serie de pequeos orificios que permiten la salida del gas, prendiendo el gas a su salida por los orificios. En las zonas donde la amplitud de la onda sonora es mayor, la presin aumenta, y eso produce que la llama en ese punto sea ms alta, y por el contrario donde la presin es menor la llama es ms baja, o incluso desaparece cuando la presin externa es mayor que la presin en el interior del tubo, impidiendo la salida del gas por esos puntos. De esta forma, podemos visualizar de manera muy espectacular y llamativa las ondas sonoras que se propagan en el interior del tubo.El altavoz se conecta a un generador de funciones, que proporciona una seal sinusoidal, de modo que dentro del tubo tenemos la propagacin de dicha onda sonora, junto con las ondas reflejadas en el extremo del tubo.A partir de la medida de la distancia entre nodos en la onda, y conocida la frecuencia del generador, podemos determinar de forma sencilla la velocidad del sonido en el tubo.Las ondas que vienen se encuentran con las que van y se produceinterferencia. Cuando la separacin entre las ondas que van (que tcnicamente denominamos longitud de onda) es cuatro veces la longitud del tubo dividida por un nmero impar (dejemos las matemticas aparte), se producenondas estacionarias, que no varan su posicin dentro del tubo. Como el tubo de nuestro vdeo tiene unos agujeritos por los que puede salir el propano, si el agujero cae sobre un mximo estacionario de presin, saldr ms gas por l. Si cae sobre un mnimo, saldr menos aire. Por eso hay agujeritos que sueltan ms llama que otros, formando estupendas figuritas:

La foto nos muestra el tubo de Rubens funcionando Tomado de:http://ich1102-1ero2009g48.blogspot.com.co/2009_05_01_archive.html

PRINCIPIO QUMICO

ElPropano:Es un gasincoloro e inodoro. Pertenece a la familia de loshidrocarburos alifticoscon enlaces simples de carbono, conocidos comoalcanos. Su frmula qumica esC3H8.El propano se suele obtener delgas naturalo de los gases de los procesos de "cracking" producidos en las instalaciones petroqumicas. El principal uso del propano es el aprovechamiento energtico comocombustible. Con base al punto de ebullicin ms bajo que elbutanoy el mayor valor energtico por gramo, a veces se mezclan con ste o se utiliza propano en vez de butano. En la industria qumica es uno de los productos de partida en la sntesis delpropano. Adems se utiliza como gas refrigerante (R290) o como gas propulsor en aerosoles.

Caractersticas del gas Propano:El estado de agregacin del propano es gaseoso y en su forma bsica es incoloro. Algunos datos de inters de este gas son: Densidad del propano: 1,83 kg/m3 Masa molar del propano: 44g/mol Punto de ebullicin del propano: -42 C Punto de fusin del propano: -188 C Temperatura crtica del propano: 94 C Poder Calorfico del propano: 22000 Kcal/m

Estructura qumica del gas propano:El gas propano est compuesto por tres molculas de carbono y ocho molculas de oxgeno, en la siguiente figura se muestra de manera grfica lo anterior.

Modelo en 3D de una molcula aislada del gas Propano

Tomado de:http://es.dreamstime.com/imagen-de-archivo-modelo-aislado-3d-de-una-mol%C3%A9cula-del-propano-image8059871

PRINCIPIO FSICOUna onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza, con la misma amplitud y frecuencia, que avanzan en sentido opuesto a travs de un medio. El sonido cuando viaja a travs del aire genera diferencias de presin. El tubo de Rubens nos muestra estas variaciones de presin en forma de onda transversal, visualizndolas a travs del gas butano que se hace circular a travs de l. El gas tiene zonas en las que la onda es ms larga, ya que recibe presin de la onda, y otras zonas donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. De este modo el gas reproduce el patrn de la onda estacionaria con sus nodos (puntos de amplitud mnima) y vientres (puntos de amplitud mxima). El perfil de las ondas estacionarias puede observarse a las frecuencias a las que se cumple la relacin: Donde:L= longitud del tuboF=frecuencia= velocidad del sonido

Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagacin sino los distintos modos devibracinde la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana,... determinados, slo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La ms baja se denomina frecuencia fundamental, y las dems son mltiplos enteros de ella (doble, triple,...).Una onda estacionaria se puede formar por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje. ( X o Y )

Cuando llega a una cresta consecutiva, habiendo recorrido un valle. Viceversa.Se pueden obtener por la suma de dos ondas atendiendo a la frmula:

Siendo para x=0 y t=0 entonces y=0, para otro caso se tiene que aadir su correspondiente ngulo de desfase.Estas frmulas nos dan como resultado:

Siendo y Vientres y nodos Se produce un vientre cuando Siendo mltiplos de Si entonces Se produce un nodo cuando

Siendo Si entonces Siendo la longitud de la onda

Clculos Tericos

Transformacin de vatios (watts) a decibeles (dB)P= Potencia en decibeles (dB) P=Potencia en vatiosP=10log Amplificador de 10 vatiosP=10log P=10log (10.000)P=10(4)P=40 dB

Clculos de la velocidad del sonido en los gases V= Formula n1

Y= coeficiente de dilatacin Y= 1,4 para el aireR=Constante Universal de los gases R= 8,314 J/mol*kT= Temperatura en Kelvin T= 293,14k (20c)M= Masa molecular media M= 0,029 kg/mol para el aire

Aplicando y reemplazando en la formula nmero 1 obtenemos:

V= = 343.016233

Clculos a la velocidad a la cual viaja el gas propano

Y= 1,14 T= 389,89 k (96,74 C)R= 8,314 J/mol*k M= 0,0441Kg/mol para el gas propano V= Reemplazando valores calculamos la velocidad a la cual viaja el gas propano V= = 288.201331

Calculo de la longitud de onda del propano F= 587,30 HZ del gas propano. Donde lambda es igual a: = = = 0.4907225 m

Clculos de la intensidad sonora

B= Fuente sonora se mide en decibeles (dB) Io= Umbral de audicin 10-2 I= intensidad

B= 40dB (Amplificador) B=10Log40=10Log40=10Log=LogLog104= Despejando la intensidad obtenemos la siguiente formula:

I= (104)*(10-12)I=10-8 Intensidad sonora

PROCEDIMIENTOUn tramo de tubera esta perforada en la parte superior y se sella en ambos extremos, un Sello se adjunta a un pequeo altavoz o un generador de frecuencia, el otro a un suministro de Un gas inamable (tanque de propano). El tubo se llena con el gas y el gas que se escapa de Las perforaciones se enciende. Si una frecuencia constante adecuada se utiliza, una onda Estacionaria se puede formar en el tubo. Cuando el altavoz est encendido, la onda Estacionaria creara puntos con oscilante (superior e inferior) y los puntos de presin con Presin constante (nodos de presin) a lo largo del tubo. Donde hay oscilante de presin Debido a las ondas de sonido, menos gas se escapara de las perforaciones en el tubo, y las Llamas ser menor en esos puntos. En los nodos de la presin, las llamas son ms altas. Al nal de la velocidad del tubo molcula de gas es cero y la presin de oscilacin es mxima, por lo tanto bajo las llamas se observan. Es posible determinar la longitud de onda de los mnimos y mximos llama simplemente medir con una regla.

MATERIALES Y CONSTRUCCIN:Parte experimental: Tubo Metlico de 90cm de largo con Dimetro exterior de aprox 2 pulgadas el espacio de las perforaciones deben ser: 1cm con 1/16 el orificio 1.2cm con 5/64 el orificio 1.5cm con 3/32 el orificio Gas propano Manguera para gas con adaptador Tapn para tubo Unin para el tubo metlico Taladro con broca de 1,5mm Guante de ltex para el otro extremo del tubo metlico. Base para tubo metlico Un embudo para sellar la entrada al tubo Una bocina que se ajuste al tubo Un aparato reproductor de audio para alimentar la bocina Ni ple y mangueras de 3/4 Cinta de tefln Tapn hembra galvanizado. Repartir los agujeros para que quede 10cm a 15cm en cada lado.

Especificaciones de los componentes que conforman el tubo de Rubens

Tomado de:http://cdletuboderubens.blogspot.com.co

Fabricacin y montaje del tubo de RubensEleccin del tubo y marcado para la realizacin de los orificios a una medida de 3/32.

Utilizacin de la herramienta adecuada y realizacin de los orificios.

RECOMENDACIONES:

El tubo debe de tener por lo menos 1.50 metros, recuerde que se debe repartir los agujeros desde el centro el tubo hacia los extremos, pueden comenzar probando con unos 10 orificios, pueden hacer pruebas y luego hacer ms perforaciones ya que les ha funcionado el experimento del tubo del Rubens. Utilizar cinta de tefln para evitar cualquier fuga de gas en el nipe y el tapn macho galvanizado. Tener en cuenta que al momento de encender la llama ya debe estar encendido el altavoz para evitar fugas importante de gas. La experiencia no debe realizarse en lugares cerrados y ni en los que existan corrientes de aire. El tubo debe colocarse en posicin perfectamente horizontal para que el gas se distribuya uniformemente. El dispositivo no debe permanecer encendido demasiado tiempo, pues debido a la alta conductividad del cobre el altavoz podra daarse.

CONCLUSIONES

Se aprendimos que cuando se cambia la frecuencia de la seal de la bocina, cambiara tambin la longitud de las ondas formadas en el interior del tubo. Con este experimento, se logra ver con facilidad el funcionamiento y comportamiento de las ondas sonoras. Se apreci como viaja a travs del aire genera ondas de presin, las cuales pueden ser representadas en el tubo de Rubens. Existen compresiones y expansiones del aire, en este caso se pueden observar a travs del gas contenido en el tubo y en las intensidades de la flama. Las variaciones de la presin del gas son mximas en los nodos, por lo que la densidad de las molculas del gas van cambiando en cada instante en que la presin en los nodos en mxima o mnima y por esto vemos en la combustin los cambios en la intensidad de la flama.

BIBLIOGRAFA Andree Michelle Viladegut Pearanda El tubo se Rubens consultado el 12 de septiembre del 2015, subido y disponible en lnea: http://www.academia.edu/8508790/Informe_tubo_de_rubens

(2011, 07, 07). Tubo De Rubens Procedimiento. ClubEnsayos.com. Subido el 07, de agosto del 2011, de https://www.clubensayos.com/Ciencia/Tubo-De-Rubens-Procedimiento/32380.html

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