1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL<br />INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS<br />LABORATORIO DE FÍSICA B<br />ONDAS 2<br />NOMBRE: Christian Lindao Fiallos<br />FECHA DE ENTREGA: 15 de Julio del 2011<br />PARALELO 9<br />I TÉRMINO 2011 – 2012<br />2329096156809<br />1.- OBJETIVOS:<br />Calcular experimentalmente la rapidez de propagación del sonido en el aire, utilizando el método de resonancia.<br />2.- RESUMEN:<br />La semana pasada armé la práctica de Ondas 2, donde verifiqué el valor de la velocidad del sonido en el aire, para ello use un dispositivo que constaba de un tubo con dos extremos libre, donde de un extremo llenaba con agua el tubo y del otro extremo introducía el sonido producido por diapasones de diferentes frecuencias; después de elegir un ambiente propicio para la práctica tomé una referencia en el dispositivo y varié el nivel del agua en el tubo, a distancias iguales que la distancia teórica para la 1ra y 2da frecuencia fundamental de para cada frecuencia de diapasón( según la fórmula ), luego busqué el nivel preciso (para que cada frecuencia), en el cual el sonido que resonaba en el tubo era máximo y correspondía a la distancia experimental para las 2 primeras frecuencias fundamentales, luego por medio de la pendiente del grafico f vs 1/λ determine el valor experimental de la velocidad del sonido en el aire a una temperatura de 24°C.<br />3.- INTRODUCCIÓN:<br />Resonancia, es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo.<br />Ondas estacionarias, son las que permanecen fijas, sin propagarse a través de un medio, y se forman por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.<br />6032547625La formación de ondas estacionarias en una cuerda se debe a la suma de infinitos modos de vibración, llamados modos normales, los cuales tienen una frecuencia de vibración dada por: <br />16510178435Donde v es la velocidad de propagación, normalmente dada por para una cuerda de densidad μ y tensión T.<br />Frecuencia fundamental - En la distribución armónica de un sonido, es la frecuencia más baja de todas, la primaria, la que indica la nota que hemos escuchado. Pero no es el tono de mayor amplitud, ya que ésta puede ser mayor en alguno de los armónicos.<br />4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:<br />Medición de la velocidad del sonido en el aire<br />Primero la profesora nos explicó el marco teórico sobre este experimento y también nos dijo unas recomendaciones para que el experimento no tuviera un margen de error muy grande.<br />Cogí un juego de diapasones de distintas frecuencias, un vaso de precipitación lleno de agua y el dispositivo especializado para esta práctica, el cuál constaba de un tubo cerrado con dos aperturas que estaban a presión atmosférica, también constaba de una medición en toda la longitud del tubo para medir los niveles de referencia para cada frecuencia.<br />Busqué una zona cerca del laboratorio que sea lo más calmada posible.<br />Llené con agua, (del vaso de precipitación), el dispositivo especializado para esta práctica.<br />Tomé mi referencia en la parte superior del tubo del dispositivo, y a partir de este punto tomé el nivel de elevación del agua del tubo.<br />En la fórmula de frecuencias para las frecuencias del tubo del dispositivo , despejé la longitud “L”, luego evalué en frecuencia igual al del diapasón que usé y en n=1 y luego encontré la distancia, desde el punto de referencia, que debería tener el nivel de agua para que exista resonancia a esta primera frecuencia fundamental.<br />Con el calibrador del dispositivo de esta práctica, moví el jarro del dispositivo a una distancia tal que el nivel del agua subió hasta una distancia “L” del punto de referencia.<br />Con la ayuda de un compañero, el cuál golpeó el diapasón (de una determinada frecuencia) con un martillo y lo colocó en el borde del tubo del dispositivo, escuché la intensidad del sonido que rebotaba en el agua del dispositivo.<br />Si el sonido era débil, desplazaba el jarro un milímetros más arriba, y escuchaba el sonido resonante; si el sonido se debilitaba, desplazaba el jarro hasta unos milímetros mas debajo de su posición inicial y busqué el nivel del agua, al cual el sonido emitido por el tubo era máximo.<br />Anote la distancia “L1” para la 1ra frecuencia fundamental del diapasón elegido.<br />Luego encontré la distancia teórica “L2” a la cual existía resonancia en el tubo con la 2da frecuencia fundamental.<br />Repetí los pasos anteriores para encontrar la distancia “L2” experimental a la cuál existía resonancia en el tubo.<br />Anote la distancia “L1” para la 2da frecuencia fundamental del diapasón elegido.<br />Repetí todos los pasos anteriores para los restantes diapasones, y encontré las distancias “L1” y “L2” para cada frecuencia de los diapasones restantes.<br />Realice los cálculos respectivos y grafique f vs 1/λ, con la cuál encontré la pendiente de dicha curva que fue aproximadamente igual a la velocidad del sonido en el aire.<br />5.- RESULTADOS:<br />1. Observaciones y Datos<br />Medición de la velocidad del sonido en el aire.<br />a1) Complete la tabla de datos mostrada<br />Medí las diferentes longitudes L1 y L2 para cada diapasón de determinada frecuencia, y medí la temperatura ambiente y obtuve los siguientes resultados:<br />F(Hz)L1(m)L2(m)ΔL(m)λ= 2ΔL(m)1/ λ(1/m)T(°C)320.00±0.050.2400±0.00050.7900±0.00050.550±0.0011.100±0.0020.9000±0.002524.00±0.05349.20±0.050.2200±0.00050.7300±0.00050.510±0.0011.020±0.0020.9800±0.002124.00±0.05384.00±0.050.1900±0.00050.6500±0.00050.460±0.0010.920±0.0021.0800±0.001724.00±0.05443.90±0.050.1400±0.00050.5300±0.00050.390±0.0010.780±0.0021.2800±0.001124.00±0.05480.00±0.050.1500±0.00050.5200±0.00050.370±0.0010.740±0.0021.3500±0.001124.00±0.05523.20±0.050.1300±0.00050.4600±0.00050.330±0.0010.660±0.0021.5100±0.000824.00±0.05<br />Estas son las fórmulas que realice para encontrar los datos de la tabla anterior:<br />Longitud de Onda:<br />Inverso de la Longitud de Onda:<br />a2) En la página siguiente, construya un gráfico f vs 1/λ<br />a3) Encuentre el valor de la velocidad del sonido en el aire a la temperatura ambiente usando el gráfico.<br />2. Análisis<br />a) Encuentre la diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental de la velocidad del sonido en el aire. Utilice la diferencia %=[(Teo – Exp)(100)]/Teo<br />Velocidad del sonido a 24°C:<br />Porcentaje de Error de la velocidad del sonido en el aire:<br /> <br />b) Tomando en cuenta el aparato que utilizó, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta en la pregunta anterior.<br />Debido a sensibilidad auditiva que tuve y también debido al ruido que existía en el ambiente de trabajo lo cual quitaba percepción sobre cuál era el punto de máxima resonancia en el tubo del dispositivo.<br />c) ¿Qué efecto podría tener el vapor sobre la frecuencia resonante del tubo?<br />Aumentaría la intensidad del sonido resonante, ya que el sonido se propagaría de un medio más denso (el aire que rodea el diapasón), a uno menos denso (el vapor) y llegaría a rebotar en la superficie del agua con más amplitud y longitud de onda, manteniendo su frecuencia.<br />d) Un tubo abierto de órgano musical de 3.0m de longitud y 0.15 de diámetro resuena cuando se sopla contra su abertura a 20°C. ¿Cuál es la frecuencia de la nota producida?<br /> Asumiendo la 1 frecuencia fundamental <br />6.- DISCUSIÓN:<br />En el experimento, cuando use un diapasón de 320 Hz obtuve una longitud de de onda de (1.10±0.002)m, mientras que cuando use un diapasón de 523.5 Hz obtuve una longitud de onda de (0.66±0.002)m, disminuyendo notablemente la longitud de la onda de sonido producido por los diapasones; esto ocurrió debido a que la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda y obedece a la relación “λ=v/f”.<br />Cuando busqué el nivel del agua para que existiera la máxima resonancia en el tubo, pude notar que cuando me ubicaba en niveles superiores e inferiores del nivel del agua final para resonancia, el sonido disminuía proporcionalmente al alejamiento del nivel final del agua; esto ocurrió debido a que la onda rebotaba en el agua antes y después de los 180° lo que ocasionó que la onda sonora resultante sea irregular y produzca menos sonido debido a que las columnas de aire presentes en el interior de la onda eran menores que las columnas que hay en una onda que rebota a 180°.<br />7.- CONCLUSIÓN:<br />En esta práctica pude comprobar que la velocidad del sonido en el aire es una magnitud casi constante, que varia ligeramente con los cambios de temperatura; esto lo pude cuantificar al encontrar la pendiente de la gráfica f vs 1/λ, la cual me dio un valor aproximado al de la velocidad del sonido a 24°C, que fue la temperatura a la que realicé el experimento.<br />En esta práctica obtuve una velocidad experimental del sonido en el aire de 357.14 m/sg, obteniéndose un error de aproximadamente 3%, lo que significa que la práctica es calificada como muy buena, y que las condiciones en las que hice la práctica y el estado de los dispositivos eran aceptables; una de las posibles causas de este error fue el ruido de la atmósfera en la que trabajé, el cual interfería en la audibilidad del sonido que rebotaba en el agua, el cuál era pequeño para determinadas frecuencias y pude fallar en la determinación del nivel preciso al cual la resonancia era máxima.<br />8.- BIBLIOGRAFÍA:<br />Guía de Laboratorio de Física B, 2011<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_estacionaria<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia_%28mec%C3%A1nica%29<br />http://www.duiops.net/hifi/enciclopedia/frecuencia-fundamental.htm<br />