1 Rapidez del Sonido en el Aire 2 Borja Steven1 , Chuquitarco Anthony2 , Sanchez Naydelin3 , and Solórzano Josué4 3 1-4 4 Departamento de Ciencias de la Tierra y de la Construcción, Universidad de las fuerzas Armadas ESPE 5 28 de noviembre de 2022 6 Resumen En el desarrollo de la presente práctica se va a calcular la rapidez del sonido en el aire. Es ası́ que para lograrlo se utilizaron tubos resonantes, diapasones de distintas frecuencias, regla graduada, martillete de goma y marcadores. Con el uso de estos equipos y materiales se procedió a calcular la columna de aire resonante para la primera, tercera y quinta armónica de cada diapasón. Posteriormente se calculó la longitud de onda a partir de la longitud L (columana de aire) para cada caso, y finalmente se calculó la rapidez experimental del sonido en el aire. Este valor se lo comparó con la rapidez teórica del sonido en el aire obteniéndose un porcentaje de error entre estos valores. 7 8 9 10 11 12 13 14 Palabras clave: Rapidez de onda, Longitud de onda, Ondas sonoras, rapidez, diapasones. 15 Resumen 16 In the development of this practice, the speed of sound in air is going to be calculated. Thus, to achieve this, resonant tubes, tuning forks of different frequencies, a graduated rule, a rubber hammer and markers were used. With the use of this equipment and materials, we proceeded to calculate the resonant air column for the first, third and fifth harmonic of each tuning fork. Subsequently, the wavelength was calculated from the length L (air column) for each case, and finally the experimental speed of sound in air was calculated. This value was compared with the theoretical speed of sound in air, obtaining a percentage of error between these values. 17 18 19 20 21 22 23 24 Keywords: Wave speed, Wave length, Sound waves, speed, tuning forks. 25 26 1. Determinar experimentalmente la rapidez del sonido en el aire, aplicando la resonancia del aire encerrado en un tubo abierto - cerrado. 27 28 29 Objetivos 2. Materiales y Equipos 30 Tubos resonantes abiertos - cerrados 31 Diapasones de diferentes frecuencias 32 Martillete de goma 33 Regla graduada 34 Marcadores. 1 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 3. Procedimiento 1. Eleva el pequeño recipiente móvil hasta conseguir que el nivel del agua llegue a su borde superior, por la ley de los vasos comunicantes. 2. Golpee el primer diapasón con el Martillete de goma sobre el nivel superior del agua dentro del tubo, y empieza a descender lentamente su nivel bajando paulatinamente el recipiente móvil, hasta que el sonido del diapasón se refuerce, se intensifique y enriquezca por resonancia. Escucha con mucha atención, porque este sonido es más rico, más profundo y más sonoro que el natural del diapasón. Has producido el primer armónico o modo fundamental de resonancia. Entonces mida la longitud de la columna del aire resonante. 3. Golpea de nuevo el diapasón y continua bajando el nivel del agua del tubo, hasta que otra vez se produzca una nueva resonancia sucesiva, logrando de esta forma el tercer armónico o tercer modo de vibración, mida la longitud de la columna del aire resonante. 4. Haz vibrar otra vez el mismo diapasón, mientras sigues haciendo descender el nivel de agua del tubo, escuchar con mucha hasta formar la quinta armónica o el quito modo de vibración, mida la altura de la columna de agua. 51 5. Repita los mismos procesos cambiando a diapasones de otras frecuencias, realizando las mediciones correspondientes de los armónicos producidos. 52 6. Llenar la hoja técnica de datos del procedimiento. 50 53 54 4. Tabulación de Datos Con los datos obtenidos construya el siguiente cuadro: 55 56 57 Tabla I. Datos obtenidos en la práctica, sobre las caracterı́sticas de la onda sonora en un tubo semiabierto. 2 58 4.1. Realice la gráfica de la longitud de onda como función de la frecuencia. 59 62 ANÁLISIS: En el gráfico se puede observar que existe una relación inversamente proporcional no lineal entre la frecuencia ( Hz ) y la longitud de onda (m), es decir a medida que aumenta la frecuencia disminuye la longitud de onda. 63 4.2. 60 61 Linealice la curva anterior 64 65 66 ANÁLISIS: se evidencia una pendiente positiva, es decir, mientras existe menos frecuencia, la longitud de onda tiende a ser más grande. 3 67 5. 68 5.1. 69 70 71 72 Preguntas Compare los valores de las rapideces del sonido en el aire obtenido en la tabulación de datos con la información obtenida de la liberalización de la curva. A continuación se muestra una tabla comparativa entre las rapideces de la liberalización de la curva con las obtenidas en la tabulación de datos: 73 78 ANÁLISIS: En la liberalización de la curva existe claramente relación entre frecuencia y longitud de onda. Sabiendo que la velocidad de propagación de la onda se la puede calcular mediante la fórmula V = λ f, ademáslas velocidades de la tabulaciÓn de datos son iguales para cada caso de la frecuencia que se tomO , sin embargo, los valores de las velocidades de la liberalización de la curva cambian consideradamente dependiendo del valor de la frecuencia estudiada. 79 5.2. 74 75 76 77 80 Determine los errores porcentuales provocados y relaciónelos con el parámetro de validación. 81 4 82 5.3. Resuma los conceptos de propiedades del sonido: intensidad sonora, tono, timbre. 5.3.1. Se denomina intensidad sonora (I) a la cantidad de energı́a por unidad de tiempo (Potencia) acústica transferida por una onda sonora por unidad de área (A) perpendicular a la dirección de propagación. Se mide en W/m2. 5.3.2. El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo y otro grave; fı́sicamente esta cualidad corresponde a la frecuencia del sonido como vibración. 5.3.3. El timbre de un sonido es la circunstancia en virtud de la cual se puede distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos focos sonoros diferentes. 5.4. Determine en una recta cualitativa el espectro de las ondas sonoras señalando sus lı́mites correspondientes 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 5 94 6. Conclusiones 95 6.1. Al realizar la práctica se observó que las longitudes del tubo (L) en la primera, tercera y quinta armónica, cambian dependiendo del diapasón que utilizemos con su respectiva frecuencia. 6.2. En cada armónica el sonido de el diapasón se intensifica, convirtiendose en un sonido más rico y con más intensidad que antes. 6.3. Las ondas del sonido son ondas longitudinales, que como todas tienen caracterı́sticas, como son: la amplitud, la frecuencia, el Periodo y la longitud de onda 6.4. Se puede concluir que la resonancia es un fenómeno fı́sico que tiene lugar cuando se ejerce una fuerza sobre un oscilador, con una frecuencia que coincide con la natural del propio sistema oscilante. Es muy útil para calcular de manera experimental la rapidez del sonido en el aire. 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 7. Recomendaciones 108 7.1. Se recomienda ejercitarse continuamente en el uso de instrumentos relacionados con el movimiento ondulatorio, como por ejemplo, el uso de diapasones de distintas frecuencias de oscilación para medir la resonancia en el agua. 7.2. Anotar las instrucciones más importantes que son dadas por el ingeniero encargado de laboratorio al iniciar la práctica, pues son muy útiles para comprender más rapidamente el proceso práctico durante la misma. 7.3. Realizar todas las operaciones de experimentacion en la práctica con paciencia y exactitud, como por ejemplos a la hora de medir la longitud L, se debe tener cuidado de marcar exacatamente en donde se da la resonancia. 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 8. Bibliografı́a 120 Juan Manuel Millan. Instalaciones de megafonı́a y sonorización. Editorial PARANINFO. José Marı́a Garcı́a Palenco. Representaciones Gráficas. Capı́tulo 5. 121 http://www.electrontools.com/Home/WP/2016/09/11/ondas-sonoras-caracteristicas/. 119 123 Dı́az, J. (2017). Asignatura: Laboratorio de Fı́sica II Mécanica y Mecatrónica: Área de conocimiento de Fı́sica. Sangolquı́: ESPE. 124 Ondas Sonoras - Caracterı́sticas. 125 https://es.wikipedia.org/wiki/Ondasonora.OndaS //www.sc.ehu.es/sbweb/f isica/ondas/acustica 122 126 127 9. Anexos MEDIDAS TOMADAS EN 440 Hz 6 128 129 130 MEDIDAS TOMADAS EN 512 Hz 131 7 132 133 134 MEDIDAS TOMADAS EN 660 Hz 135 8 136 137 9