informe n3

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÒGICA DE LIMA SUR 

UNTELS

INFORME DE LA

BORATORIO N°3 ONDAS DE SONIDO

PROFESOR: CAÑOTE FAJARDO PERCY CARRERA: INGENIERÌA MECÀNICA Y ELÈCTRICA CURSO:

FISICA II

CICLO:

IV

ALUMNO (s):

LI MA- PERÚ  09-11-2017 

I. OBJETIVOS













Determinar la velocidad del sonido a través de la presencia del sonido de la resonancia.

El objetivo de la siguiente práctica es alcanzar el vientre de la onda que  produciremos gracias a la ayuda de un diapasón.

Determinar la frecuencia de las ondas sonoras Determinación de la velocidad del sonido utilizando ondas de sonido.

Analizar de manera experimental el comportamiento de las ondas sonoras en una columna de aire resonante.

Hallar la relación entre la frecuencia de una fuente de sonido y la longitud de onda del sonido producido por un tubo sonoro en resonancia.

Determinar que, el sonido tiene la capacidad de perturbar con mayor facilidad un medio líquido que uno gaseoso.

II. FUNDAMENTO TEORICO Ondas de sonido Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonid o. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de pre sión o densidad, que se transmiten en forma de onda esférica periódica o cuasi peri ódica. Mecánicamente las ondas son un tipo de onda elástica. Frecuencia audible del oído humano es de 20Hz a 20KHz. Si sus frecuencias son menores a las audibles las ondas se llaman infra sónicas y e n el caso en que ellas son mayores a las frecuencias audibles estas se conocen com o ondas de ultrasonido. La velocidad de propagación de las ondas sonoras depende  de las propiedades del medio y su estado termodinámico.

v=λf=

Sonido infrasonido:

Un infrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por debajo del e spectro audible del oído humano (aproximadamente 20 Hz). Ejemplo: Los desastres naturales como erupciones volcánicas, terremotos y tornados produc en sonidos de una intensidad comparable con el sonido que hace una bomba atómi ca en su explosión, con la diferencia de que al estar por debajo de los 20 Hz son in audibles al oído humano; lo que ha permitido iniciar investigaciones vulcanologías  y meteorológicas, para evitar futuros desastres.

Sonido Ultrasónico: Los ultrasónicos son los que su frecuencia es superior a la capacidad del oído hum ano (sobre los 20.000 Hz). La utilización de los ultrasonidos en la industria es variada. Quizá una de las aplica ciones más importantes en este sentido sea la soldadura de plásticos por ultrasonid os. Ventajas hay muchas: no es necesario un precalentamiento, es muy rápido, no genera contaminantes.

III. MATERIALES

• Juego de diapasones • Cajas de resonancia. • Martillo. • Sensor de sonido • Interface 3B NETlogTM • Computador  • Tubos PVC • Cubetas de vidrio. • Cinta métrica.

IV. PROCEDIMIENTO En cada uno de los pasos siguientes realice el ajuste de curva y el análisis correspondi ente, utilizando el software 3B NetLab.

1) Medir la frecuencia del sonido: a) Conecte el sensor de sonido a la interface y encienda el computador.  b) Utilizando el diapasón de 512 Hz, y una escala de 20 μs y 1000 datos en el software 3B Net Lab 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. c) Repita el paso anterior utilizando el diapasón de 584 Hz, 320 y 256 Hz.

2) Velocidad del sonido: d) Llene con agua el recipiente, sumerja el tubo de PVC hasta dejar unos 5 centímetros libre. Utilizando el diapasón de 512 Hz produzca sonidos intensos con el diapasón en el extremo libre del tubo, suba lentamente el tubo hasta detectar que la intensidad del

V. REPORTE DE LABORATORIO 1. Con los datos ajustados obtenidos en los procedimientos 2 y 3, completa la siguie nte tabla Diapasón 1

Diapasón 2

Diapasón 3

Diapasón 4

f (Hz) Teór  ico.

512

384

320

256

ξ (x0, t)

ω (rad/s)

3216.5

2404.4

2018.4

1604.9

f (Hz) Exp.

511.9

382.7

321.2

255.4

T (s) Exp.

3.7149E-3

0.0428

0.0159

9.8489E-3

Error (%) *

0.02 %

0.34 %

0.38 %

0.23 %

ico. Datos experimentales:

1) Diapasón de 512 Hz La frecuencia angular es:

Hallamos el periodo:

Hallamos la frecuencia lineal:

2) Diapasón de 384 Hz La frecuencia angular es:

Tabla 1 * Er  ror (%) = error  porcent ual de la  frecuen cia expe rimental  respect o a su v alor teór 

Hallamos el periodo:

Hallamos la frecuencia lineal:

3) Diapasón de 320 Hz La frecuencia angular es:

Hallamos el periodo:

Hallamos la frecuencia lineal:

4)

Diapasón de 256 Hz

La frecuencia angular es:

Hallamos el periodo:

Hallamos la frecuencia lineal:



De acuerdo a los gráficos obtenidos y sus respectivos ajustes de curvas ¿qué tipo de ondas son las ondas sonoras? Explique: -Las ondas sonoras son ondas mecánicas y a la vez longitudinales, porque se pro ducen debido a la vibración de las partículas del medio, que en este caso es el ai re.

2. Con los datos obtenidos en los pasos 5, 6 y 7, complete la siguiente tabla Tabla 2 Diapasón 1 f = 5 12 Hz

Diapasón 2 f = 384 Hz

Li (m)

Li (m)

Li (m)

Li (m)

1

1er Mod o 0.155

2do Mo do 0.463

1er Mod o 0.205

2do Mod o 0.670

2

0.180

0.479

0.212

0.665

3

0.169

0.479

0.212

0.666

Promedi o

0.168

0.474

0.210

0.667

 (m)

0.336

0.474

0.420

0.667

Vs (m/s) ( *) Vs (m/s) ( **)

144.69

194.15

107.52

204.90

172.03

242.69

161.28

256.13

(*) Calcular la velocidad de propagación del sonido en el aire utilizando la Ec. (4).

(**) Calcular la velocidad de propagación usando

Primero hallamos la longitud de onda λ:

Para el diapasón de 512 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2

Para el diapasón de 384 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2

(*) Hallamos la velocidad de propagación del sonido en el aire:

Para el diapasón de 512 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2

Para el diapasón de 384 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2

(**) Hallamos la velocidad de propagación del sonido en el aire:

Para el diapasón de 512 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2

Para el diapasón de 384 Hz:

1) Para n=1

2) Para n=2



De acuerdo a sus resultados de la tabla 2 ¿cuál es el valor experimental de la velocidad de propagación del sonido en el aire? De acuerdo a los resultados obtenidos experimentalmente se puede decir que la velocidad de propagación del sonido en el aire es de 247 m/s en promedio.



Depende la velocidad de propagación del sonido en el aire de la frecuencia del diapasón. Explique. Según la experiencia en el laboratorio y con los resultados obtenidos podemos co ncluir que la velocidad de propagación del sonido en el aire no depende de la frec uencia del diapasón ya que las velocidades para diferentes frecuencias resultaron semejantes.



Explique cualitativamente bajo qué condiciones se obtienen los modos de vibración en el tubo PVC. Se obtienen cuando un tubo es cerrado, se origina un vientre en el extremo por do nde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado.

Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4. La longitud L d el tubo pueden ser L=l /4, L=3l /4, L=5l /4... En general L=(2n+1) l /4; con n=0, 1, 2, 3, ...Las frecuencias de los distintos mod os de vibración responden a la fórmula.

VI.

CUESTIONARIO

1.- Por qué las ondas sonoras se caracterizan como ondas longitudinales. En que medio es cierta esta afirmación.

Las ondas sonoras son el ejemplo más importante de ondas longitudinales. Cuando las o ndas sonoras viajan, las partículas del medio vibran para producir cambios de densidad y  presión a lo largo de la dirección del movimiento, generándose así ciertas regiones de al ta y baja presión denominadas condensaciones y rarefacciones respectivamente; por ello la velocidad de propagación de las ondas sonoras depende de las propiedades del medio. Existen tres categorías de ondas mecánicas clasificadas de acuerdo a su intervalo de frec uencia, éstas son: a) Las ondas sonoras, que se encuentran en el intervalo de sensibilidad del oído hu mano (20 Hz a 20 KHz).  b) Las ondas infra sónicas, que se encuentran por debajo del intervalo de frecuenci as audibles. c) Las ondas ultrasónicas cuyas frecuencias son mayores a las del intervalo audible . La velocidad de las ondas sonoras generalmente depende de dos propiedades del medio: una propiedad elástica como el módulo de compresibilidad volumétrico B ( en el caso de sustancias compresibles) y una propiedad inercial como la densidad v olumétrica ρ , con ello la velocidad está dada por:

Como es posible observar en la Ecuación, la velocidad del sonido no solo depende del medio en sí; sino también del estado termodinámico en que se encuentra debid o a que tanto el módulo de compresibilidad como la densidad dependen de la temp eratura y algunos otros factores.

2.- Haciendo una búsqueda bibliográfica, determine la ecuación de una onda de son ido y muestre que la velocidad del sonido se expresa como en el fundamento teórico .

La ecuación de onda en el caso de una sola dimensión puede ser obtenida de la Ley de Hooke de la siguiente manera: imagina una serie de pequeños pesos de masa m, i nterconectados por resortes sin masa de longitud h. Los resortes tienen una rigidez d e k:

Donde: u(x) mide de la distancia en equilibrio de la masa situada en x. Las fuerzas e  jercidas sobre la masa m en el lugar (x + h) son:

La ecuación de movimiento para el peso en el lugar (x+h), se obtiene al equiparar  estas dos fuerzas:

Donde la dependencia con el tiempo de u(x) se hace explícita. Si la serie de pesos consiste en N pesos espaciados uniformemente a lo largo de L =  N h de la masa total M =N m, y la rigidez total de la serie K = k/N podemos escribir   la ecuación anterior como:

Tomando el límite

Donde: ()/M es el cuadrado de la velocidad de propagación en este caso particular.

VII. CONCLUSIONES o

Se concluye que el sonido necesita de un medio (ejemplo: aire) para propagarse.

o

Se concluye a través del experimento del diapasón que la posición de la resonancia es inversamente proporcional a la longitud de la onda.

o

Con éste laboratorio se logró entender el comportamiento de una onda sonora en una columna de aire resonante, se pudo determinar la relación entre la frecuencia de una fuente de sonido y la longitud de onda producida por un tubo sonoro.

o

La relación entra la longitud de onda y las frecuencias son inversamente  proporcional, donde la constante de proporcionalidad es la velocidad de las ondas sonoras en el aire y tiene una ecuación de la forma: λ = V/ f

o

Cuando la onda sonora alcanza su máxima amplitud se puede escuchar su armónico, sobre tonos (resonancia).

VIII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

o

o

La imprecisión de la regla más el probable error que se tiene al tomar la lectura de datos al momento de la medición de las diferentes distancias de fuentes de sonido están involucrados con los errores de los cálculos. Al realizar la lectura de datos utilizando el sensor de sonido evitar realizar sonidos que pueden interferir en la toma de datos.

REPORTE DE LABORATORIO N°3 ONDAS DE SONIDO INTEGRANTES: 

AUCCA QUISPEHUANCA RAUL



CABELLO JARO JOSET



COLLANTES LUNA BRANDON



MEZA VEGA JOEL



RAMIREZ GONZALES EMILIO



UCEDA OROZCO KARLO

Diapasón de 512 Hz

Diapasón de 384 Hz

Diapasón de 320Hz

Diapasón de 256 Hz