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Laboratorio de Ondas Ondas y Calor
CURSO: ONDAS Y CALOR CODIGO: PG1014
LABORATORO LABORATORO N! "# "# VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE.
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Apellidos y Nombres
Nota
ARMUTO ACUÑA JOSEP CESAR CENTENO TOLEDO HENRY JONATHAN HERRERA GUILLEN ENRIQUE ALONSO Alumno (s):
JORGE VIZCARRA ERICK WALTER MAMANI TALAVERA CARLOS SANTIAGO
Profesor: Programa
Omar Balabara MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE
Fecha de entrega #$
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C!"
Especialidad/Gru
Mesa de Trabajo :
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PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 07 VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE. 1. OBJETIVOS $& 'edir e()eri*ental*ente la lon+it,d de onda en ,na -ol,*na -errada y abierta de resonan-ia de aire. %& Deter*inar la elo-idad del sonido en el aire. /& Calibrar ,n dia)as0n de 1re-,en-ia -ono-ida.
2. MATERIALES ! ! ! ! ! ! ! !
Co*),tadora )ersonal -on )ro+ra*a PASCO Capst!"TM instalado nter1a-e USB Lin2 Sensor de sonido. Dia)as0n T,bo de resonan-ia 3enerador de ondas Parlante O)en S)ea-2er Cables
#. $%NDAMENTO TE&RICO #.1. O!'as "! t()s. Si ,n dia)as0n es ),esto en ibra-i0n y sostenido sobre ,na -ol,*na de aire4 s, sonoridad e()eri*entar5 ,n a,*ento -onsiderable4 si la -ol,*na de aire es de tal lon+it,d -o*o )ara ibrar en a6nidad -on el dia)as0n. Tal -ol,*na de aire se di-e 7,e esta en resonan-ia -on el dia)as0n. Las ondas -olo-adas en la -ol,*na de aire son lla*adas ondas esta-ionarias. El t,bo -errado *as -orto 8-er-ano a ,n e(tre*o& 7,e dar5 resonan-ia es 9 de ,na lon+it,d de onda 89 λ&4 )ero si el t,bo se a-e *as lar+o4 la resonan-ia o-,rrir5 ta*bi;n en -,artos i*)ares4 es de-ir /<= λ4 ><= λ y as? s,-esia*ente. Si f es la 1re-,en-ia de la 1,ente y la lon+it,d de onda esta-ionaria4 enton-es la elo-idad del sonido esta dado )or:
*1+
V = λ ⋅ f
Una t,ber?a -errada 8-ol,*na de aire& tiene ,n nodo N en el e(tre*o -errado y ,n antinodo A en el e(tre*o abierto. Desa1ort,nada*ente4 el antinodo no esta sit,ado e(a-ta*ente en el e(tre*o abierto4 )ero si ,n )o-o *as all5 de ;l. Una )e7,e@a
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distan-ia es re7,erida )ara 7,e la -o*)ensa-i0n de )resi0n sea )osible. La distan-ia del antinodo sobre el e(tre*o del t,bo es lla*ado el e(tre*o de -orre--i0n y es a)ro(i*ada*ente ".# e-es el radio de la t,ber?a. Debido al e(tre*o de -orre--i0n la lon+it,d de la t,ber?a en la 6+,ra en la 6+,ra /.$8a& ser5 ,n )o-o *enor 7,e 9 λ. Sin e*bar+o4 la distan-ia entre dos nodos *ostrado en las 6+,ras /.$8b& y /.$ 8-& dar5n el alor e(a-to de λ. P,esto 7,e la distan-ia entre dos nodos es λ4 )ode*os obtener la lon+it,d de onda 4 y si la 1re-,en-ia de la 1,ente es -ono-ida4 la elo-idad del sonido a te*)erat,ra a*biente ),ede ser obtenida *ediante la e-,a-i0n 8$&. De este alor -orre-to de λ4 el alor -orre-to de 9 λ es -ono-ido y restando la lon+it,d de la t,ber?a en 8a& de 9 λ la -orre--i0n del e(tre*o es obtenido. S, "- t() '" "s!a!/,a "st a),"t "! a)s "t"s -o*o en la 6+,ra /.$ 8d& debe ser obserado 7,e los antinodos a)are-er5n en a*bos e(tre*os. La lon+it,d del t,bo en este -aso es ,na lon+it,d de onda. El t,bo *as -orto 7,e resonar?a tiene ,na lon+it,d de λ4 ,n nodo en el -entro y ,n antinodo en -ada e(tre*o.
$,3(a. #.1. Dia+ra*as de resonan-ia )ara di1erentes lon+it,des de -ol,*na de aire. En el -aso 7,e ten+a*os "- t() a),"t 8abierto en a*bos e(tre*os& este -,*)le 7,e las resonan-ias de la *is*a *anera -o*o se -o*)orta ,na -,erda ibrante4 -on la ni-a di1eren-ia 7,e los )atrones de os-ila-i0n son los 7,e *,estra la 6+,ra /.%.
#=
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$,3(a. #.2. Dia+ra*as de resonan-ia )ara el t,bo abierto. P,ede ser de*ostrado 7,e la elo-idad V del sonido en el aire es: V =
1.40 ⋅ P
*2+
ρ
Donde P es la )resi0n del aire4 es la densidad del aire en este e()eri*ento4 y $.=" es la ra0n del -alor es)e-?6-o del aire a )resi0n -onstante al -alor es)e-i6-o del aire a ol,*en -onstante. P,esto 7,e la densidad del aire es )ro)or-ional a la )resi0n4 la elo-idad del sonido es inde)endiente de los -a*bios de )resi0n del aire. Sin e*bar+o la densidad del aire es inersa*ente )ro)or-ional a s, te*)erat,ra absol,ta. De este *odo la elo-idad del sonido en el aire es )ro)or-ional a la ra? -,adrada de la te*)erat,ra absol,ta. Ade*5s si la elo-idad del sonido a ,na te*)erat,ra es deter*inada4 s, alor a -,al7,ier otra te*)erat,ra ),ede ser obtenida en la e-,a-i0n: V1 V2
=
T1 T2
*#+
Donde V1 y V2 son las elo-idades del sonido a las te*)erat,ras absol,tas -orres)ondientes del aire4 T1 y T2. Si ,na de estas te*)erat,ras es " C4 enton-es la e-,a-i0n 8/& ),ede ser desarrollada en series de Taylor4 y el res,ltado a)ro(i*ado )or: V
=
V0
+
0.61 ⋅ T
*4+
Donde V0 es la elo-idad del sonido en el aire e()resado en *
4. PROCEDIMIENTO D"t",!a/,! '" -a 5"-/,'a' '"- s!,'.
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Re-ono-a los e7,i)os y reali-e el *ontae de la 6+,ra =.$4 el e7,i)o es ali*entado )or -orriente AC4 es de-ir no tiene )olaridad. Antes de -o*enar eri67,e 7,e el sele-tor de a*)lit,d se en-,entre al *?ni*o. Por de1e-to ini-iara en $"" 4 red-alo a > y se+,ida*ente -olo7,e el sele-tor de a*)lit,d en el -entro de s, -a)a-idad. Obsere el detalle del *ontae de la 6+,ra =.%.
$,3(a. 4.1 'ontae e()eri*ental
$,3(a. 4.2 Detalle del *ontae. Es ,n e-o -ono-ido 7,e en estas -on6+,ra-iones abr5 ,n error )rod,-ido )or el Ge1e-to de bordeH el -5l-,lo nos indi-a 7,e se debe in-l,ir esto al *edir la distan-ia: Distan-ia I distan-ia *edida J 8".# K Radio del t,bo& Co*)lete la tabla =.$4 +ra67,e estos datos en Data St,dio en la o)-i0n Gntrod,-ir datosH y )or ,tiliando el a,ste res)e-tio deter*ine la elo-idad del sonido. To*e la le-t,ra se+n lo indi-a la 6+,ra =./.
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$,3(a. 4.#. For*a de to*ar la lon+it,d. TABLA 4.1. T,bo -errado de lon+it,d ariable L *+ 1.#0 1.20 1.10 1.00 0.0 0.;0 0.70
*+
6 *8+
V s!,' *9s+
>./# =.M# =.># =.$# /.# /./# %.M#%
#/.# " =.# M".% M# M/. $$.#
/=$.="= /M%.=% />=.M//# />%.#$% //M./# /%/./% />%.""=
T"p"at(a a),"!t"
21.4< ºC
V"-/,'a' '"- s!,' "p","!ta-
#<0.470;<714# 9s
V"-/,'a' '"- s!,' t",/a
#40 9s
E p/"!t(a-
#.217#1 =
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Co*)lete la si+,iente tabla4 soli-ite al )ro1esor la lon+it,d del t,bo -errado a trabaar.
TABLA 4.2. T,bo -errado de 1re-,en-ia ariable L!3,t(' '"- t() /"a': R"s!a!/,a 94 > # 94 >
*+ 4.?; 1.?
6 *8+ ?7.2 14.4
"
1.20
V s!,' *9s+ ###.;4? #21.2?4
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0.#? 0.70714 0.<<2
< 94 > 7 94 > 94 >
211.? 47#.7 ?04.7
210.24<7 ##?.11421; ###.744
V"-/,'a' '"- s!,' "p","!ta-
#07.201<#?4 9s
E P/"!t(a-
.?4??0? =
Co*)lete las tablas =./ y =.= to*ado -o*o )re-edente lo realiado en las tablas =.$ y =.%. Para -onertir el t,bo -errado en t,bo abierto sa7,e la ta)a -o*o lo *,estra la 6+,ra =.$.=.
$,3. 4.1.<. T,bo -errado a t,bo abierto. TABLA 4.#. T,bo abierto de lon+it,d ariable L *+
*+
%.%" %.$" %."" $.M" $." $." $.#"
=.== =.#%= =."#= /.#= /.##= /.=#= /.%#=
$ *8+
V s!,' *9s+
=.% ./ ".$ =.$ .$ M/./ M.>
//%.$% //$.$>/% /%.$%= /%#.#=== /%=.>#"= /%>.//$ /%/.==
V"-/,'a' '"- s!,' "p","!ta-
#27.2;71;< 9s
E p/"!t(a-
#.7#0?# =
TABLA 4.4. T,bo abierto de 1re-,en-ia ariable L!3,t(' '"- t() a),"t: R"s!a!/,a 92 >
6 *8+
*+ 4.0;4
;1.? $
2.00
V s!,' *9s+ ###.2<44
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2.042 1.#?1 1.021 0.;17
> # 92 > 2 > < 92 >
1<.7 242.? #24.4 402.;
#2?.1074 #0.<;? ##1.2124 #2.0;7?
V"-/,'a' '"- s!,' "p","!ta-
#42.04
E P/"!t(a-
0.?02;117?47 =
D"t",!a/,! '" -a 6"/("!/,a paa (! ',apas!. Si+,iendo los )asos dados en =.$ y -on el *is*o *ontae aora deter*inar5 la 1re-,en-ia de ,n dia)as0n G)roble*aH4 ,tili-e la elo-idad del sonido )ro*edio allada en =.$ )ara tal 6n. Llene la tabla =.> y deter*ine la 1re-,en-ia des-ono-ida
TABLA 4.<. T,bo -errado -on dia)as0n R"s!a!/,a
L!3,t(' '" !'a
F"p","!ta- *8+
94 > L!3,t(' '" !'a p"',
$"/("!/,a '"- ',apas! "p","!tap"',
8
$"/("!/,a '"- ',apas! t",/a
8
E p/"!t(a-
=
<. C%ESTIONARIO <.1 %sa!' "- p/"s '" '"t",!a/,! '" -a 5"-/,'a' '"s!,' "sp!'a: >.$.$ De las tablas =.$ al =.= deter*ina el alor )ro*edio de la elo-idad del sonido en el laboratorio. ,; 1a-tores inQ,yen )ara 7,e aya ,na aria-i0n -on el alor te0ri-o de /=% *
%
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)ro*: //$.$/=$#/>> *
>.$.% A ,na te*)erat,ra de %> C C,5l es la 1re-,en-ia del tono 1,nda*ental en ,n t,bo -errado de $* de lon+it,d
V(//$.$/=$#/>> ) #*% +&,-. V( /=.$%$/=$# /( "0%*1$'"0'%20*'%1 /( 1"*&&&03# H4
>.$./ De los ensayos 7,e as e1e-t,ado en este e()eri*ento se ),ede ded,-ir 7,e la elo-idad del sonido en el aire de)ende ya sea de la 1re-,en-ia o de la lon+it,d de onda en las ondas )rod,-idas )or el )arlante4 e()li7,e s, res),esta. Si no es as? 4 de 7,e 1a-tores de)ende. E()li7,e.
Se ),ede a6r*ar 7,e la elo-idad del sonido es inQ,ido )or la 1re-,en-ia y la lon+it,d de)endiendo de -,ando nosotros s,*inistre*os -o*o 1re-,en-ia y 7,e tan lar+a ser5 *i lon+it,d4 )ero ta*bi;n no solo de)ende de estos as)e-tos sino 7,e ta*bi;n la te*)erat,ra ),ede res,ltar ,n alto inQ,yente )ara 7,e n,estros res,ltados ar?an de)ende a -,al este ta*bi;n lo a+a
>.$.= De t,s res,ltados ,; alor obtendr?as )ara s a => !C I//$.$/=$#/>>J".#8=> oC& I/>.$/=$# *
<.2 %sa!' "- p/"s '" '"t",!a/,! '" -a 6"/("!/,a paa (! ',apas! "sp!'a: /
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,*&*' Si la te*)erat,ra del aire en el t,bo de resonan-ia 1,ese #" C ,; 1re-,en-ia de dia)as0n seria re7,erida )ara )rod,-ir resonan-ia en las *is*as -ondi-iones 7,e en-ontraste en este e()eri*ento )ara el dia)as0n
>.%.% ,; otros 1a-tores inQ,yen en la elo-idad del sonido L56 7a85r96 :;9 <=7l;>9= 69r
?
PROBLEMAS ?.1 Una arilla lar+a y del+ada de al,*inio esta sostenida )or ,na *ano -er-a del ),nto *edio de la arilla. La arilla es ),lsada -on la otra *ano. Con ,n )o-o de )r5-ti-a4 se ),ede lo+rar 7,e la arilla G-anteH4 o e*ita ,n sonido -laro e intenso. Para ,na arilla de " -* de lar+o: a& -,5l es la 1re-,en-ia 1,nda*ental del sonido b& C,5l es s, lon+it,d de onda en la barra4 y -& -,5l es la lon+it,d de onda sonora 7,e iaa en el aire a /"!C
?.2 As son in Fi+,re4 ater is ),*)ed into a tall erti-al -ylinder at a ol,*e Qo rate R. Te radi,s o1 te -ylinder is and at te o)en to) o1 te -ylinder a t,nin+ 1or2 is ibratin+ it a 1re7,en-y As te ater rises4 o *,- ti*e ela)ses beteen s,--essie resonan-es
7
r4 1.
APLICACI&N A LA ESPECALDAD 8Se )resenta dos a)li-a-iones del t"a "a-,8a'4 a)li-ados a s, es)e-ialidad&.
=
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.$ El m85?5 ?9l ;l8ra65=5 ?9 l56
ma89r5 =5 ?968r;8<5 +END. > 8<9=9 ?<9r6a6 al<a<5=96@ 9= 969985r :;9 ?99=?9= ?9 la6 ?<65=8<=;
;
Los )rin-i)ios -ient?6-os del sonido son a)li-ados en ,na ariedad de a)aratos ele-tr0ni-os de enta al -ons,*idor. Es di1?-il i*a+inarnos n,estra ida sin el bene6-io de la te-nolo+?a del sonido. Nosotros ,sa*os los )rin-i)ios del sonido en n,estro tel;1ono -el,lar4 en las )el?-,las4 en n,estro tel;1ono re+,lar4 en C.D. s y en ar-ios de *)/4 -,ando *ira*os la teleisi0n4 en las -5*aras ideo4 en los *i-r01onos4 e in-l,so en los a,d?1onos ,tiliados )ara )ersonas -on )roble*as a,ditios.
OBSERVACIONES .$ los res,ltados no eran e(a-tos debido a los r,idos de *is -o*)a@eros 7,e ta*bi;n estaban realiando s, e()eri*ento .% se debe estar atento a la aria-i0n )ara en-ontrar la 1re-,en-ia -orre-ta en el e()eri*ento.
CONCL%SIONES M.$la te*)erat,ra y la )resi0n inQ,yen *,-o en la to*a de datos de la elo-idad del sonido. M.% el sonido se )ro)a+a en 1or*a de ondas
10 BIBLIOGRA$IA *s"3@! 6at '" -a APA+
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