RESUMEN
En este informe de laboratorio se hace referencia a las ondas sonoras, en
especial al caso de resonancia en una columna de aire, donde se halla la
relación entre la frecuencia de una fuente de sonido y la longitud de onda del
sonido producido por un tubo sonoro en resonancia. También se mide la rapidez del
sonido en el aire mediante el promedio de la temperatura en el tubo.
Para esta práctica de laboratorio debemos tener en cuenta la velocidad
y resonancia en una columna de aire.
INTRODUCCIÓN
Velocidad del sonido en el aire.
Entre la velocidad de propagación v de una onda, su longitud de onda, y su
frecuencia f existe la relación
V=Æ›*f
De modo que, si somos capaces de medir y f, es decir el modo de vibración
podremos calcular la velocidad de propagación. Las ondas
sonoras son ondas mecánicas longitudinales, que pueden propagarse en los medios
materiales (sólidos, líquidos y gases).
Resonancia en una columna de aire.
Si, mediante una fuente sonora producimos
una vibración de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado por
el otro extremo), las ondas que se propagan a través de la columna de aire
contenida en el tubo se reflejan en sus extremos. Si la longitud de la columna
de aire sea justa de modo que sea igual a un cuarto de la longitud de onda del
tono emitido por la fuente sonora, la onda reflejada llegará al extremo abierto
precisamente en fase con la nueva vibración dela fuente (en lareflexión en el
extremo cerrado se produce un salto de fase de 180s) produciéndose una
intensificación en el sonido emitido. Este fenómeno es conocido con el nombre
de resonancia. En la columna de aire se establece una onda estacionaria, producida
por la interferencia entre el tren de ondas incidente y reflejado, con un nodo en el extremo cerrado y un vientre o antinodo en el
extremo abierto. En general, la columna de aire entrará en resonancia siempre
que su longitud sea exactamente un múltiplo impar de cuartos de longitud de
onda, esto es
N=(1,2,3,4…..)
procedimiento experimental
* Mida la temperatura en el laboratorio usando el termómetro de pared
disponible. Anote el valor medido.
* Coloque el generador de señales en el modo sinodal, con la frecuencia de
salida en la escala de 1 kHz, con el dial en 0 Hz. conecte esta señal al canal
CH1 del osciloscopio. Coloque la velocidad de barrido en 1
ms/div y la ganancia en el canal uno en 5 V/div. Verifique que las perillas de
calibración estén giradas completamente a la derecha. Aumente levemente
la frecuencia y observe la señal.
* Coloque el micrófono aproximadamente en la mitad del tubo. El amplificador conéctelo al canal CH2 y actívelo. Ajuste la
amplitud del
generador hasta que pueda distinguir el sonido proveniente del parlante. Varíe la frecuencia lentamente
a partir de cero hasta que observe el efecto de resonancia entre las dos
señales. La condición deresonancia se observa cuando la señal del micrófono es muy similar a la proveniente del generador y además
tiene una amplitud máxima.
* Tenga en cuenta que debido al ruido del laboratorio, es difícil
encontrar el primer armónico. Si no lo encuentra, intente con el siguiente
armónico. Utilice la perilla trigger del
osciloscopio para estabilizar la señal de salida del micrófono, si es necesario. Deduzca,
comparando la frecuencia encontrada con la dada por la teoría si la primera
corresponde al armónico fundamental o a otro armónico.
* Una vez hallada la frecuencia de resonancia, active el modo XY del
osciloscopio; su efecto es independizar las señales del tiempo, para
observar la figura de Lissajous que se forma al superponerlas. sQué figura
espera observar si hay resonancia entre las dos señales?
* Desactive el modo XY y mida en el osciloscopio la frecuencia proveniente del
generador. Esta es la frecuencia f0, correspondiente al modo
fundamental (180-190 Hz) o al armónico encontrado. Verifique
que es el armónico más bajo que es capaz de medir.
* Eleve lentamente la frecuencia hasta que encuentre nuevas resonancias
procediendo de la misma forma que en los pasos anteriores. Estas
serán las frecuencias correspondientes a los armónicos superiores al
fundamental. Encuentre al menos cinco frecuencias de
resonancia. Tenga en cuenta mover el micrófono hasta
las posiciones donde se esperan observar los máximos de presión para cada
armónico. Para guiarseobserve la figura 4.1. Registramos
los resultados en una tabla.
CONCLUCION
En esta práctica pudimos comprobar que la velocidad del sonido en el aire es
una magnitud casi constante, que varía ligeramente con los cambios de
temperatura; Esto lo pudimos cuantificar al encontrar la pendiente de la
gráfica f vs 1/λ, la cual nos dio un valor aproximado al de la velocidad
del sonido a 24°C, que fue la temperatura a la que realizamos el experimento.
Pudimos inferir que había resonancia, en el momento en el que el tono del
sonido era más agudo y las dos graficas obtenidas en el DataStudio eran
iguales.
La longitud de onda en comparación con la frecuencia es inversamente
proporcional, ya que a medida que aumenta la frecuencia disminuye la longitud
de onda (donde podemos observar que la longitud de onda de una emisión sonora
depende de la frecuencia la cual presenta un comportamiento inverso en la
relación).
A través de un tubo o columna de aire se pueden generar ondas longitudinales, y
la velocidad de estas ondas sonoras está dada por la relación entre la longitud
de onda de las mismas y la frecuencia de vibración, Esta velocidad del sonido,
varía dependiendo del medio de propagación, teniendo en cuenta si es líquido,
sólido o gaseoso.
Cuando la onda sonora
alcanza su máxima amplitud se puede escuchar su armónico, sobre-tonos
(resonancia).
La resonancia de las ondas sonoras en un tubo varía
dependiendo si es abierto o cerrado.
