EXPERIMENTO 03:

ONDAS DE SONIDO

.

OBJETIVOS

Determinar la frecuencia de las ondas sonoras.

Determinación de la velocidad del sonido utilizando ondas estacionarias.

FUNDAMENTO TEORICO

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, que se producen debido a la

vibración de las ondas se llaman infrasónicas y en el caso en que ellas son

mayores a las partículas del medio, que producen cambios de presión y densidad

a lo largo de la dirección de propagación, generando regiones de alta y baja

presión. Las ondas sonoras se encuentran en el intervalo de frecuencias audibles

por el oído humano 20 Hz a 20 kHz, si sus frecuencias son menores a las

audibles las frecuencias audibles estas se conocen como ondas de ultrasonido.

La velocidad de propagación de las ondas sonoras depende de las propiedades

del medio y su estado termodinámico.

v=λf=√Bρ=√Módulo de compresibilidadDensidad

(1)

El modelo matemático que describe el movimiento de ondas unidimensionales

es:

d2ξdx2

= 1v2d2ξdt 2

(2)

Cuya solución para ondas armónicas es:

ξ ( x , t )=ξ0 cos (kx±ωt+ϕ )

(3)

Siendo k=2πλ el número de onda, λ la longitud de onda y f=

ω2π la frecuencia.

Onda estacionaria.- Se obtiene de la superposición de las ondas:

ξ1( x ,t )=ξ0 cos ( kx+ωt )

ξ2( x , t )=ξ0cos ( kx−ωt )

ξ ( x , t )=ξ1 ( x , t )+ξ2( x ,t )=2ξ0 coskx sen ωt

Si las ondas se encuentran en un tubo cerrado como se muestra en la figura 2,

las frecuencias de los modos de vibración se expresan como:

f=(2n+14 ) v sL

,

n=0,1,2,3 ,. . .(4)

Figura 2.

MATERIALES

Juego de Diapasones

Cajas de resonancia

Sensor de Sonido

Interface 3B Netlog

Computador

Martillo

MedioVelocidad del

sonido vs (m/s)

Aire (0°C)

Aire (20°C)

Agua (25°C)

Agua de mar

(25°C)

331

343

1493

1533

Figura 1. Diapasón, caja de resonancia y martillo.

PROCEDIMIENTO

En cada uno de los pasos siguientes realice el ajuste de curvas y el análisis

correspondiente, utilizando en software 3B NetLab.

Medir la frecuencia del sonido

1. Conecte el sensor de sonido a la interface y encienda el computador.

2. Utilizando el diapasón de 512 Hz, y una escala de 20 s y 1000 datos en el

software 3B NetLab realice una lectura de datos para diferentes distancias de

la fuente de sonido. Realice el ajuste de curvas a la función seno. Anote sus

resultados en la tabla 1.

3. Repita el paso anterior utilizando el diapasón de 384 Hz, 320 y 256 Hz.

Velocidad del sonido

1. Llene con agua el recipiente, sumerja el tubo de PVC hasta dejar unos 5

centímetros libre.

2. Utilizando el diapasón de 512 Hz produzca sonidos intensos en el extremo

libre del tubo, suba lentamente el tubo hasta detectar que la intensidad del

sonido que sale de esta, sea máxima (primer modo). Mida la longitud del tubo

que se encuentra fuera del agua, repita 4 veces más y anote sus resultados en

la tabla 2.

3. Siga produciendo sonidos intensos con el diapasón y siga aumentando la

longitud libre del tubo para encontrar el segundo modo (segundo punto donde

la intensidad del sonido es máxima). Mida la longitud del tubo que se

encuentra fuera del agua, repita 4 veces más y anote sus resultados en la

tabla 2.

4. Repita los pasos 5 y 6 utilizando el diapasón de 384 Hz y llene la tabla 2.

1. Con los datos ajustados obtenidos en los procedimientos 2 y 3, completa la siguiente

tabla

Tabla 1

Diapasón 1 Diapasón 2 Diapasón 3 Diapasón 4

f (Hz)

Teórico.

512 384 320 256

(x0,t) -0.012 0.003 0.02 0.012

(rad/s) 3.213 2.238 1.982 0.483

f (Hz) Exp. 0.511 0.356 0.315 0.076

T (s) Exp. 1.956 2.808 3.174 13.157

Error (%) * 0.000998 0.000927 0.000984 0.000296

* Error (%) = error porcentual de la frecuencia experimental respecto a su valor teórico.

De acuerdo a los gráficos obtenidos y sus respectivos ajuste de curvas ¿qué tipo de

ondas son las ondas sonoras? Explique:

De acuerdo con los gráficos obtenidos una onda sonora es una onda longitudinal

que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico

y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en

forma de onda esférica periódica o cuasi periódica. Mecánicamente las ondas

sonoras son un tipo de onda elástica.

Cuestionario:

1) Porque las ondas sonoras se caracterizan como ondas longitudinales. En que

medio es cierta esta afirmación.

Porque transmite lo que se asocia con el sonido y el medio es un fluido, ya que

Los fluidos son medios continuos que se caracterizan por no tener rigidez y por tanto

no pueden transmitir ondas elásticas transversales sólo longitudinales de presión.

Conclusiones: La relación entre la longitud de onda es inversamente proporcional al valor de

la frecuencia.

La resonancia mecánica se encuentra cuando la vibración mecánica se

encuentra con dos cuerpos de igual característica.

Anexos: