LABORATORIO nº4 FISICA II

Anjo de Deus, meu querido amigo, a quem o amor de Deus me destina aqui; sempre neste dia esteja comigo UNA - PUNO 2011 para iluminar e guardar, governar e guiar…

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA CIVL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 04

TEMA: ONDAS DE SONIDO ALUMNO: ROQUE CHARCA, Rosand

COD: 103291 GRUPO Nº

DOCENTE: Lic. Ciro William Taipe Huaman

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INTRODUCCIÓN La Acústica trata el sonido bajo tres aspectos básicos: generación, propagación y recepción. El sonido se genera por la vibración de un cuerpo (sólido o fluido) en un rango de frecuencias denominado rango audible. Esta vibración se transmite al medio fluido (aire, agua, etc.) que rodea a dicho cuerpo. Al vibrar el medio, el sonido se propaga a través de él y es receptado por el oído (seres humanos, animales) o por elementos mecánicos (micrófonos). Otro aspecto, más reciente, es el “almacenamiento” del sonido y la posibilidad de su reproducción automática. En el desarrollo de cada aspecto de la Acústica han intervenido matemáticos y físicos prominentes. Teóricamente, se puede calcular la velocidad del sonido partiendo de la distancia que recorre y el tiempo en que recorre esta distancia. En la práctica el cálculo se basa a menudo en el intervalo de tiempo que hay entre el sonido producido y su eco. La velocidad del sonido es igual al doble de la distancia dividido entre el tiempo total. Nuestro informe del tema Ondas de sonido, responde a una serie de preguntas de cuestionario donde se detallan de forma precisa todas las respuestas posibles, Como colofón quiero agradecer al Lic. Ciro William Taipe Huaman por su tarea motivadora que en todos nosotros va dar buenos frutos en el área de física experimental; por último en este trabajo monográfico hemos atendido más a su claridad y sencillez, que su profundidad complicada de conocimientos. Atte. Rosand Roque Charca

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VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE (Sensor de sonido)

I. OBJETIVOS:  

Analizar la formación de ondas sonoras estacionarias en tubos. Determinar la velocidad de propagación del sonido en tubos.

II. FUNDAMENTO TEORICO: La velocidad del sonido es distinta a través de diferentes materiales. La velocidad del sonido depende de la elasticidad y la densidad del material. Por ejemplo, la elasticidad del helio es casi igual que la elasticidad del aire, pero su densidad es mucho menor. Como consecuencia la velocidad del sonido en el helio es unas tres veces más rápida que en el aire. En los gases, la velocidad del sonido depende de la temperatura. En el aire, la velocidad aumenta aproximadamente 0.60 m/s por cada grado Celsius de aumento de temperatura. Teóricamente, se puede calcular la velocidad del sonido partiendo de la distancia que recorre y el tiempo en que recorre esta distancia. En la práctica el cálculo se basa a menudo en el intervalo de tiempo que hay entre el sonido producido y su eco. La velocidad del sonido es igual al doble de la distancia dividido entre el tiempo total. 

Dónde:  es la distancia recorrida de ida.  es el tiempo total.

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 

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III. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LABORATORIO:



Software Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Sensor de sonido Cinta métrica Cinta adhesiva



Tubo de 4‟‟



Abrazadera, tres dedos.

   

IV. PROCEDIMIENTO: Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo que está cerrado por el otro extremo. Utilice el sensor de sonido para detectar el sonido y su eco. Utilice Data Studio o Science Workshop para medir el tiempo que transcurre entre el sonido y su eco. Mida la longitud del tubo. Utilice la distancia y el tiempo total para calcular la velocidad del sonido en el aire. 1. Conecte un extremo del cable del interfaz al sensor de sonido y el otro extremo al canal analógico A del interfaz, encienda el interfaz y el ordenador. 2. Active el programa Data Studio, crear experimento, haga clic sobre el ícono añadir sensor y elija sensor de sonido. 

En Data Studio, haga clic en el botón „Scope Settings‟ en la barra de herramientas del display „Scope‟. Resultado: se abrirá la ventana „Scope Settings‟. Haga clic en el tabulador „Tools‟ e introduzca el nivel del campo. Haga clic en „OK‟ para regresar al display „Scope‟.



En Science Workshop, haga doble clic en el display Campo de acción. Resultado: se abre la ventana de configuración del campo de acción. Ajuste el nivel del campo. Haga clic en „OK‟ para regresar al display de ajuste de campo.

Tape un extremo del tubo con cinta adhesiva. Luego instale el equipo, según la figura (1).

FIGURA (1)

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Utilice un soporte y una abrazadera para montar el sensor de sonido en el centro del extremo abierto del tubo. A. RECOGIDA DE DATOS 1. Mida la longitud del tubo y anote la longitud en la tabla (1). 2. Comience la recogida de datos. (En Data Studio, seleccione „Monitor Data‟ en el „Experiment menu‟. En Science Workshop, haga clic en „MON, inicio‟). Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo. Lea los resultados en el display „Campo de acción‟ („Scope‟ en Data Studio). Si la primera serie de datos

no muestra el chasquido y su eco, ajuste la velocidad de barrido en el display „Scope‟. Finalice la recogida de datos (haga clic en „DETENER‟)

FIGURA (2)

3. Transfiera los datos desde el display „Scope‟. En Data Studio, haga clic en el botón „Transfer Data‟ en la barra de herramientas de „Scope‟. Resultado: se mostrará la serie de datos bajo „Data‟ en el „Summary list‟.

4. Visualice los datos en la gráfica. En Data Studio, seleccione la serie de datos en el „Data menú‟. Resultado: la

gráfica muestra los datos del sonido y su eco.

En Science Workshop, seleccione „Nueva grafica‟ en el menú. Resultado: se abre una nueva gráfica. Seleccione „Datos Caché, velocidad del sonido‟ en el

menú de valores del eje Y. Resultado: La grafica muestra los datos del sonido y su eco.

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V. CUESTIONARIO: 1) UTILICE LAS HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS DE LA GRÁFICA PARA DETERMINAR EL TIEMPO TRANSCURRIDO ENTRE EL PRIMER PICO DEL SONIDO Y EL PRIMER PICO DEL ECO. DETERMINE LA VELOCIDAD DEL SONIDO. Por el esquema de nuestro experimento obtenemos la gráfica siguiente mediante el software Data Studio, donde realizaremos los análisis para obtener el tiempo que demora el sonido en ir del punto de sensor de sonido y su retorno al mismo punto. Todos los datos han sido tratados en el software EXCEL 2010, software DataStudio

Para el cálculo de la velocidad del sonido utilizamos la siguiente ecuación: 

 

Dónde: D es la distancia recorrida por el sonido, para nuestro caso es igual al doble de la longitud del tubo , y  es el tiempo que demora en recorrer todo el trayecto del tubo dos veces. Laboratorio de Física II

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

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 

Con esta ecuación obtenemos el valor de la velocidad del sonido en el aire, además el tiempo total se halla con la diferencia de tiempos, así: T1

    

T2

Nº

Longitud del tubo (m)

TABLA (1) Tiempo (s)

Velocidad del sonido (m/s)

1

2,005

0,0115

348,6956

2

2,005

0,0112

358,0357

3

2,005

0,0123

326,0162

4

2,005

0,0108

371,2962

promedio

351,0109

Entonces la velocidad del sonido en el aire resulta según nuestro experimento:    

2) ¿COMO PUEDE UTILIZARCE UN SENSOR DE S ONIDO PARA MEDIR LA VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE? Se pueden SondasdeInteligentes que combinan en un paquete:para un sensor, un usar conversor analógico a(SmartProbe) digital, un microcontrolador, memoria almacenar la calibración, un puerto serial para comunicación, y los circuitos para manejar la energía. Por su diseño, son económicas, fáciles de utilizar y poco propensas a daños y fallas. Con estas interfaces podemos recolectar datos.

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3) COMPARE EL VALOR EXPERIMENTAL OBTENIDO DE L A VELOCIDAD DEL SONIDO CON EL VALOR COMUNMENTE ACEPTADO DE 343 m/s A UNA TEMPERATURA DE 20ºC El error cometido en el laboratorio a la condición de temperatura de 20ºC es el siguiente: VALOR TEORICO VALOR EXPERIMENTAL DIFERENCIA

343

359,0109

16,0109

ERROR

ERROR (%)

0,046679

4,66790087

Resulta que el error cometido es de 4.67% el cual es aceptable puesto que es mucho menor al 10% lo que indica que los cálculos realizados fueron en su mayoría exactos. 4) ¿COMPARE EL EFECTO DOPLER? El efecto Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. En el caso del espectro visible de radiación electromagnética, si hacia el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes delaonda más largas, desplazándose el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, cuando el cuerpo sí sería apreciable de forma directa la variación de longitud de onda. 5) ¿COMO CALCULARIA LA DISTANCIA A LA QUE ESTÁ UNA TORMENTA QUE SE APROXIMA ESCUCHANDO CUIDADOSAMENTE EL SONIDO DEL TRUENO? ¿QUE CRITERIOS EMPLEARIA USTED? Antes que nada debemos tener en cuenta que el sonido viaja aproximadamente a 300 m/s (Metros por segundo), es decir avanza 300 metros cada segundo. Por lo tanto para calcular a la distancia que cae un rayo con respecto a un punto (En este caso un Oyente) debemos hacer lo siguiente:

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1. Contar el tiempo en Segundos desde que vistes aparecer el rayo hasta que escuchaste el trueno. 2. Ese tiempo lo emplearas en la ecuación: X=V.T donde “X” es la distancia que queremos calcular, “V” es la velocidad a la que viaja el sonido (Que es aproximadamente 300 m/s como dijimos anteriormente) y “ T” que es el tiempo que contaste anteriormente. Ejemplo: Si en el cielo apareció un rayo y empezaste a contar desde que lo viste hasta que escuchaste el trueno en un tiempo de 8 segundos, decimos que la distancia es igual a los 8 segundos por 300 m/s (velocidad del sonido), lo que da como resultado que el rayo cayó a 2400 metros con respecto al punto donde se observó. X=8s.300m/s X= 2400m

VI. APLICACIONES EN LA INGENIERIA CIVIL: CAMARA ANECOICA El control de vibraciones es una materia de gran importancia en la industria, especialmente cuando se da la coexistencia con viviendas. A diferencia del ruido aéreo, las vibraciones se transmiten por las estructuras de las construcciones, alcanzando una mayor velocidad de transmisión en aquellas que son de naturaleza metálica. Así mismo, las vibraciones no sólo tienen un efecto perjudicial sobre el oído de la persona, sino que afectan en mayor medida al cuerpo del receptor, como también lo hace sobre los materiales por los que se transmite. El control de las vibraciones ha de ser tenido en cuenta tanto en los efectos producidos sobre las personas, como en los producidos en los materiales a ellas expuestos. En la ejecución de medidas orientadas a evitar la transmisión de vibraciones, es fundamental poder llevarlas a cabo con anterioridad a la ubicación de las instalaciones ruidosas, pues la ejecución de medidas correctoras, una vez puesta en funcionamiento la actividad, conlleva una mayor complejidad debido a la imprevisión de estas medidas en el srcen, y por tanto, debido a la falta de espacio y de otras necesidades.

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Una barrera acústica es una estructura exterior, diseñada para reducir la polución acústica. Es comúnmente llamada pared sónica o barrera de sonido. Estos dispositivos son métodos efectivos de mitigación acústica de las carreteras, y mitigación de fuentes de ruidos de vías férreas e industriales (existirían otras como el cese de la actividad o el uso de controles de las fuentes). En el caso de ruido de transporte de superficie, muy poco puede hacerse para reducir la intensidad de la fuente de ruido (podría ser incrementando el porcentaje de vehículos híbridos y vehículos eléctricos, una solo a acústicas bajas a moderadas velocidades de flujodespués de tráfico). El uso estrategia extensivo que de sirve barreras en EE. UU. Comenzaron de las regulaciones de ruidos a principios de los 1970s.

VII. CONCLUSIONES: 





La velocidad del sonido dependerá de la rapidez con la que cada partícula del medio sea capaz de transmitir en la temperatura de un medio como es el aire. La velocidad del sonido a la temperatura de 20ºC en el aire es de 359 m/s con un error de 4.67%. El error cometido no es tan pequeño pero es admisible dentro del rango de errores.

VIII. SUGERENCIAS: 

Los resultados obtenidos experimentalmente no son muy variados a los resultados teóricos, esto tal vez se debe a que en las mediciones realizadas se hayan utilizando sensores muy buenos.



Los instrumentos utilizados son óptimos para el aprendizaje de determinar la velocidad del sonido en el aire.

IX. BIBLIOGRAFIA:      

[1]Alonso M. y Finn. E. J. “Fisica II” [2] Leyva N. Humberto, Física II, Primera Edición 1995, Distribuidora Imprenta - Librería Moshera S.R.L. Ramírez Y Villegas Física”, onceava edición, editorial [3] voluntad S.A.S.1989. BogotáR.,– “Investiguemos Colombia. [4] Sears- Zemansky- Young- Freedman, Física Universitaria, volumen2, Novena Edición, impreso en México. [5] Miguel Piaggio Henderson, Fisica con ejercicios. Edición1998, La Católica del Perú. [6] PASCO scientific, Laboratorio de Física con ordenador, 1998

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