VELOCIDAD DE SONIDO

Jose Daniel Duarte Florez1

David Leonardo Carreño2

RESUMEN

Cuando se produce una perturbación periódica en el aire, se originan ondas sonoras longitudinales. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. El oído, que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido. La velocidad del sonido esta definida por la actuación de un receptor como interpretador de ondas periódicas, a este receptor se le conoce como sonido, el cual se origina con la conservación de la energía que se transmite por una perturbación periódica en el aire. Identificar la velocidad de sonido por las perturbaciones periódicas en un medio. Identificar las longitudes de onda con las cuales se produce resonancia en el tubo de agua, cambio frecuencias en el diapasón. La velocidad del sonido por lo tanto dependerá del medio de propagación y es lo que busca la practica identificar, tomando como medio el agua. Por medio de un emisor de frecuencia (diapasón) se busca concentrar la mayor resonancia con cambios de frecuencia y de proporción del medio.

Palabras Claves: Velocidad, Sonido, Diapasón, Medio.

INTRODUCCION

El término sonido se usa de dos formas distintas. Los fisiólogos definen el sonido en término de las sensaciones auditivas producidas por perturbaciones longitudinales en el aire. Para ellos, el sonido no existe en un planeta distante. En física, por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por sí mismas y no a las sensaciones que producen.

La velocidad del sonido se puede medir directamente determinando el tiempo que tardan las ondas en moverse a través de una distancia conocida. En el aire, a 0ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s (1087 ft/s).

La velocidad de una onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus partículas. Los materiales más elásticos permiten mayores velocidades de onda, mientras que los materiales más densos retardan el movimiento ondulatorio. Las siguientes relaciones empíricas se basan en estas proporcionalidades.

1 Cód. 43081600. Facultad de Ingeniería De Alimentos. Tercer Semestre. Física III Ondas y Termodinámica. Grupo 032 Cód. 41081195. Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitara. Tercer Semestre. Física III Ondas y Termodinámica. Grupo 03

Para las ondas sonoras longitudinales en un alambre o varilla, la velocidad de onda está dada por

Donde Y es el módulo de Young para el sólido y p es su densidad. Esta relación es válida sólo para varillas cuyos diámetros son pequeños en comparación con las longitudes de las ondas sonoras longitudinales que se propagan a través de ellas.

En un sólido extendido, la velocidad de la onda longitudinal es función del módulo de corte S, el módulo de volumen B, y la intensidad p del medio. La velocidad de la onda se puede calcular a partir de

Las ondas longitudinales transmitidas en un fluido tienen una velocidad que se determina a partir de

Donde B es módulo de volumen para el fluido y p es su densidad.

Tubo de Resonancia

El aparato utilizado en esta práctica consiste en un tubo de vidrio, de unos 100 cm de largo y unos 3 cm de diámetro interior, colocado en una posición vertical y comunicado por su extremo inferior mediante un tubo de caucho, con un depósito de agua cuya altura puede regularse a fin de hacer variar el nivel de agua en el tubo resonante. En lugar del depósito, puede conectarse el tubo de caucho a un grifo del laboratorio, intercalando una llave en T para hacer posible el vaciado del tubo resonante. La longitud de la columna de aire se puede así modificar introduciendo o sacando agua del tubo resonante.

METODOLOGIA:

Llenar con agua el tubo dado para la práctica, colocar el diapasón de frecuencia conocida sobre la boca del tubo y hacerlo vibrar golpeándolo con el pequeño martillo de caucho. Bajar lentamente el nivel del agua, dejándolo salir por la parte inferior del tubo, hasta que se escuche claramente un incremento en la intensidad del sonido o sea se produzca resonancia. Marcar el punto en el tubo con una banda de caucho. Dejar que el nivel del agua continúe bajando y produciendo nuevamente la onda de sonido en el diapasón, localizando el siguiente punto en donde hay resonancia. Precisar este punto haciendo subir el nivel del agua y marcarlo con una banda de caucho. Repetir la operación y localizar los puntos a lo largo del tubo. Repetir este procedimiento con los otros dos diapasones. Con los datos obtenidos hallar la velocidad del sonido en el tubo y comparar cada uno con la velocidad del sonido teórica. En la parte superior esta el diapasón que vibra a una frecuencia determinada, las ondas sonoras que este produce se propagan a través de un tubo que contiene agua, este a su vez esta conectado a una manguera de caucho que lleva a un recipiente con un agujero que permite variar el nivel de agua para así encontrar la distancias en el tubo donde se produce la resonancia, y calcular de esta manera la velocidad del sonido.

Grafica No. 1 Montaje

ANALISIS EXPERIMENTAL:

Para comenzar se hallo la velocidad del sonido en el laboratorio por medio de la siguiente formula Vs= 331 m/s*raíz de (1+ T/273ºc) tomando en cuenta la temperatura de ese momento la cual era de 13 grados se obtuvo una velocidad de 339.381 m/s.

Posteriormente, se utilizo un primer diapasón que producía 512Hz de frecuencia, al acercarlo al tubo y aumentar la intensidad del sonido (reconociéndose este como resonancia). Donde se utiliza la formula de V= λf Para tener un patrón de resta de longitud de onda de aproximadamente 19 donde es se multiplica por 2 y este por la frecuencia y arrojaba las velocidades.

Donde se obtuvo las siguientes resonancias y velocidades

Dato Resonancias Velocidades (M/S)

Porcentaje de error %

1 8 cm 71.68 78%2 15 cm 143.36 57.74%3 29 cm 194.56 42.65%4 48 cm ////////// ////////////////

Tabla1. Frecuencia 512 Hz

Estos porcentajes de error resultaron muy altos dado a que con el diapasón de frecuencia de 512 Hz no se logro determinar debido a que posiblemente este no se encontraba calibrado.

Posteriormente se realizo el mismo procedimiento pero con el diapasón de frecuencia de 1024 HZ

Dato Resonancias Velocidades (M/S)

Porcentaje de error %

1 8 cm 348.16 2.52%2 25 cm 335.872 1.03%3 41.4 cm 337.92 0.43%4 57.9 cm ////////// ////////////////

Tabla2. Frecuencia 1024Hz

Finalmente se realizó el mismo procedimiento pero con el diapasón de frecuencia de 2048 Hz

Dato Resonancias Velocidades (M/S)

Porcentaje de error %

1 10.2 cm 339.968 0.17%2 18.5cm 335.872 1.03%3 26.7 cm ////////////// //////////////

Tabla3. Frecuencia 2048 Hz

CONCLUSIONES

Gracias a la práctica realizada, se logro medir la velocidad del sonido y observar la resonancia, el cual es el fenómeno por el cual el cuerpo entra en vibración ante la proximidad de la producción de un sonido de frecuencia igual a la que dicho cuerpo puede producir.

Se determino que la longitudes de onda para los antinodos (donde se produce la resonancia) son iguales a n(λ/2), donde n es un numero impar.

Se logro entender que la frecuencia del diapasón y las longitudes de onda donde se produce la resonancia del sonido son inversamente proporcionales, ósea, a mayor frecuencia las distancias donde hay resonancia son menores.

Debido a que el primer diapasón no se encontraba calibrado no se pudo determinar las velocidades de manera esperada donde se tenia el valor teórico de 339.381 m/s

BIBLIOGRAFIA

SERWAY, Raymond A. Física para ciencias e ingenierías. Sexta Edición. Editorial McGraw-Hill.