Física 2ºBachillerato Prácticas propuestas por la coordinación de la asignatura Universidad de Oviedo VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE (Armónicos en una columna de aire de longitud variable) Material: Vaso de precipitados o probeta grande. Un tubo abierto por los dos extremos Cinta métrica Diapasón 450 Hz / 1000 Hz Procedimiento: Hacemos vibrar el diapasón junto a la boca no sumergida del tubo y vamos variando la longitud de la columna de aire contenida en el tubo a base de sumergirlo más o menos en el agua. Se miden las longitudes no sumergidas del tubo en los momentos en que se percibe intensidad máxima del sonido. Un poco de teoría: “Cuando un cuerpo capaz de vibrar se somete a una fuerza periódica, del mismo periodo que su vibración característica cuando el rozamiento es prácticamente nulo) vibra aumentando extraordinariamente la amplitud del movimiento en las sucesivas actuaciones de la fuerza. A este fenómeno se le llama resonancia”. En primer lugar tendremos en cuenta que el diapasón vibra con una frecuencia fija, conocida. Al transmitirse el sonido por el aire del tubo que está cerrado por un extremo y abierto por el otro, éste se refleja en la superficie del agua y vuelve hacia el diapasón. Se origina una onda estacionaria en el tubo. Como sabemos estas ondas estacionarias formadas en los tubos sonoros tienen unas frecuencias que dependen de la longitud de los mismos. En este caso sabemos que se forma una onda con un nodo en la superficie del agua (extremo cerrado del tubo) y un vientre en el extremo abierto del tubo. La longitud de onda de esa onda estacionaria viene dada por la expresión: λ = 4 L/(2n – 1) Ln Donde L es la longitud de la columna de aire en el tubo y n toma valores enteros 1, 2, 3… La intensidad del sonido aumenta cuando la columna de aire vibra con la misma frecuencia que el diapasón es decir cuando se produce la resonancia. La frecuencia multiplicada por la longitud de onda es igual a la velocidad de propagación del sonido en el aire: vaire = f · λ Por lo que su valor viene dado por: f = v / λ = (2n – 1) vaire /(4L) Para bajar este guión en pdf y ver animaciones correspondientes al temario de la asignatura visita http://fisicayquimicaenflash.es Física 2ºBachillerato Prácticas propuestas por la coordinación de la asignatura Universidad de Oviedo Resultados y conclusiones: Ln Ln+1 • Anotamos las longitudes de la columna de aire que provocan la resonancia con el diapasón. Haciendo medidas de longitudes (L1, L2, L3…) para resonancias consecutivas que corresponden a ondas estacionarias cuya frecuencia coincide con la del diapasón y que, por tanto, cumplirán la expresión anterior y así podemos calcular el valor de n y a continuación la velocidad del sonido en el aire. Para dos resonancias consecutivas, el problema se reduce a plantear y resolver el siguiente sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas: v (2n − 1) = f 4 L1 [2(n + 1) − 1] v = f 4 L2 Primero se obtiene el valor de la n y a continuación se calcula el valor de la velocidad del sonido en el aire. • Por último, calculamos la longitud de la onda estacionaria que se origina cuando hay resonancia. Una vez conocido este valor podemos calcular la velocidad de propagación del sonido en el aire. Para cometer menos error haremos varias medidas de la longitud Ln y tomaremos como valor su media aritmética. Con él calcularemos la velocidad del sonido en el aire. Longitud columna de aire (Ln) Frecuencia diapasón (f) Longitud onda (λ) Velocidad del sonido en el aire vaire Temperatura del laboratorio (T) Presión atmosférica del laboratorio Velocidad real en esas condiciones Error cometido 450 Hz 1000 Hz Para bajar este guión en pdf y ver animaciones correspondientes al temario de la asignatura visita http://fisicayquimicaenflash.es