Laboratorio 07 Terminado (Velocidad Del Sonido en El Aire)

Ciencias Básicas Aplicadas

TECSUP – P.F.R.

CURSO: CIENCIAS BÁSICAS APLICADAS CODIGO: C5

LABORATORIO N° 07 VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE

Apellidos y Nombres Nombres

Nota

Pachacama Alvarez, Angel Eduardo Alumno (s):

Pereyra Barreto, Gonzalo William Quispe, Ccallo, Julio Cesar

Juan Yucra Yucra

Profesor:

Fecha de entrega :

Es!ecialidad"Gru!o :

PF

Programa Profesional:

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

&* +

esa de -ra.a/o -ra.a/o :

48

#$%A

4


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1. Introd Introducc ucción ión::

La velocidad del sonido tiene distintas velocidades de acuerdo al a!iente o edio "ue se encuentre# en este in$ore toareos en cuenta "ue el edio donde se reali%aran la deostraci&n ' e(perientaci&n será a trav)s del aire. Este in$ore descri!irá los datos "ue o!ten*aos con los ateriales "ue utili%areos ' copro!areos con el $undaento te&rico respondiendo as+ al cuestionario "ue nos propuso el docente ' poder resolverlo ' aplicar este conociiento a nuestra carrera.

2. Obje Objeti tivo vos: s:

,- edir edir e(peri e(perien ental talen ente te la lon*it lon*itud ud de onda onda en una coluna cerrada ' a!ierta de resonancia de aire. /- 0eterinar la la velocidad del sonido en en el aire. aire. 1- Cali!rar un diapas&n de $recuencia conocida. conocida. 42

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3. Análisis de Trabajo Seguro (ATS)

A!"ISIS #$ T%A&A'O S$%O(ATS) TA%$A *$"I%O +OS$+$+IA 0escripci&n del Fuente de posi!le tra!a3o dao 5u) pasar+a si R6ES7 ocurriese , / 1 Reco3o de los ala anipulaci&n 5uie!re de los ateriales a la 9ora de ateriales por ca+da. reco*er. 0esenvolver los Ca+da de los Ropiiento de los ateriales ateriales. ateriales Colocar los Poner al los 0es*aste ateriales ateriales a la 9ora innecesario de los respectivaent del arado ateriales e Uso de los ala anipulaci&n Creaci&n de ateriales a la 9ora del uso desper$ectos a los instruentos Envolver los Ca+da de los Ropiiento de los ateriales ateriales ateriales

-

-

-

-

Alacenar los ala anipulaci&n a 5uie!re de los ateriales la 9ora de devolver. ateriales por ca+da.

<=

-

,$#I#AS #$ +OT%O"

:o 3u*ar a la 9ora de reci!ir los ateriales. Con uc9o cuidado "uitar sus protectores. Se*uir las instrucciones de colocaci&n indicadas por el pro$esor :o 3u*ar a la 9ora de reali%ar el e(periento ';o deostraci&n. Con uc9o cuidado colocar sus protectores. :o 3u*ar a la 9ora de devolver los ateriales.


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. /unda0entos teóricos .1. Ondas en tubos. Si un diapas&n es puesto en vi!raci&n ' sostenido so!re una coluna de aire# su sonoridad e(perientará un auento considera!le# si la coluna de aire es de tal lon*itud coo para vi!rar en a$inidad con el diapas&n. Tal coluna de aire se dice "ue esta en resonancia con el diapas&n. Las ondas colocadas en la coluna de aire son llaadas ondas estacionarias. El tu!o cerrado as corto >cercano a un e(treo- "ue dará resonancia es ? de una lon*itud de onda >? -# pero si el tu!o se 9ace as lar*o# la resonancia ocurrirá ta!i)n en cuartos ipares# es decir 1;4 # <;4  ' as+ sucesivaente. Si 1 es la $recuencia de la $uente ' la lon*itud de onda estacionaria# entonces la velocidad del sonido esta dado por@

(1)

V    f

Una tu!er+a cerrada >coluna de aire- tiene un nodo  en el e(treo cerrado ' un antinodo A en el e(treo a!ierto. 0esa$ortunadaente# el antinodo no esta situado e(actaente en el e(treo a!ierto# pero si un poco as allá de )l. Una pe"uea distancia es re"uerida para "ue la copensaci&n de presi&n sea posi!le. La distancia del antinodo so!re el e(treo del tu!o es llaado el e(treo de correcci&n ' es apro(iadaente =. veces el radio de la tu!er+a. 0e!ido al e(treo de correcci&n la lon*itud de la tu!er+a en la $i*ura en la $i*ura 1.,>a- será un poco enor "ue ? . Sin e!ar*o# la distancia entre dos nodos ostrado en las $i*uras 1.,>!- ' 1., >c- darán el valor e(acto de  . Puesto "ue la distancia entre dos nodos es  # podeos o!tener la lon*itud de onda # ' si la $recuencia de la $uente es conocida# la velocidad del sonido a teperatura a!iente puede ser o!tenida ediante la ecuaci&n >,-. 0e este valor correcto de  # el valor correcto de ?  es conocido ' restando la lon*itud de la tu!er+a en >a- de ?  la correcci&n del e(treo es o!tenido. Si el tubo de resonancia está abierto en a0bos etre0os coo en la $i*ura 1., >d- de!e ser o!servado "ue los antinodos aparecerán en a!os e(treos. La lon*itud del tu!o en este caso es una lon*itud de onda. El tu!o as corto "ue resonar+a tiene una lon*itud de  # un nodo en el centro ' un antinodo en cada e(treo.

<,

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/igura. .1. 0ia*raas de resonancia para di$erentes lon*itudes de coluna de aire. En el caso "ue ten*aos el tubo abierto >a!ierto en a!os e(treos- este cuple "ue las resonancias de la isa anera coo se coporta una cuerda vi!rante# con la nica di$erencia "ue los patrones de oscilaci&n son los "ue uestra la $i*ura 1./.

/igura. .2. 0ia*raas de resonancia para el tu!o a!ierto. Puede ser deostrado "ue la velocidad  del sonido en el aire es@ V 

1.40  P 

(2)

0onde * es la presi&n del aire# es la densidad del aire en este e(periento# ' ,.4= es la ra%&n del calor espec+$ico del aire a presi&n constante al calor especi$ico del aire a voluen constante. Puesto "ue la densidad del aire es proporcional a la presi&n# la velocidad del sonido es independiente de los ca!ios de presi&n del aire. Sin e!ar*o la densidad del aire es inversaente proporcional a su teperatura a!soluta. 0e este odo la velocidad del sonido en el aire es proporcional a la ra+% cuadrada de la teperatura a!soluta. Adeás si la velocidad del sonido a una teperatura es deterinada# su valor a cual"uier otra teperatura puede ser o!tenida en la ecuaci&n@


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V1 V2



T1 T2

(3)

0onde  1 '  2 son las velocidades del sonido a las teperaturas a!solutas correspondientes del aire# T1 ' T2. Si una de estas teperaturas es = DC# entonces la ecuaci&n >1- puede ser desarrollada en series de Ta'lor# ' el resultado apro(iado por@ V



V0



0.61  T

()

0onde  4 es la velocidad del sonido en el aire e(presado en ;s a = DC '  la velocidad del sonido en el aire a una teperatura de T *rados cent+*rados.

5. ,ateriales 6 e7ui8o de trabajo -

Coputadora personal con pro*raa *AS+O +a8stoneT, instalado 6nter$ase USB Lin Sensor de sonido. 0iapas&n Tu!o de resonancia 7enerador de ondas Parlante pen Speacer Ca!les

<1

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9. *rocedi0iento %esultados 6 cuestionario 9.1

*%O+$#I,I$TO

9.1.1 #eter0inación de la velocidad del sonido. Recono%ca los e"uipos ' realice el onta3e de la $i*ura 4.,# el e"uipo es alientado por corriente AC# es decir no tiene polaridad. Antes de coen%ar veri$i"ue "ue el selector de aplitud se encuentre al +nio. Por de$ecto iniciara en ,== %# red%calo a < % ' se*uidaente colo"ue el selector de aplitud en el centro de su capacidad. !serve el detalle del onta3e de la $i*ura 4./.

/igura. .1 onta3e e(periental

<4


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/igura. .2 0etalle del onta3e. Es un 9ec9o conocido "ue en estas con$i*uraciones 9a!rá un error producido por el Ge$ecto de !ordeH el cálculo nos indica "ue se de!e incluir esto al edir la distancia@ 0istancia I distancia edida J >=. K Radio del tu!oCoplete la ta!la 4.,# *ra$i"ue estos datos en 0ata Studio en la opci&n G6ntroducir datosH ' por utili%ando el a3uste respectivo deterine la velocidad del sonido. Toe la lectura se*n lo indica la $i*ura 4.1.

/igura. .3. Fora de toar la lon*itud. TA&"A .1. Tu!o cerrado de lon*itud varia!le " (0) 1.34 1.24 1.14 1.44

(0)

 (;<)

 sonido (0=s)

<#18 4#28 4#<8 4#,8

1# #2 /#8 24#,

14,#24 11#11 11/#<< 12/#/,

<<

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4.>4 4.?4 4.@4

1#8 1#18 /#28

,=,# ,=4#, ,,#

Te08eratura a0biente

181#/, 1<=#, 142#11

22@ +

elocidad del sonido e8eri0ental

31> 0=s

elocidad del sonido teórica $rror 8orcentual

35? 0=s 112B

<


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<

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<8


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Coplete la si*uiente ta!la# solicite al pro$esor la lon*itud del tu!o cerrado a tra!a3ar.

TA&"A .2. Tu!o cerrado de $recuencia varia!le "ongitud del tubo cerrado: %esonancia = C 3 = C 5 = C @ = C > = C

(0)

>9? 1959 4>> 4@4> 4552


1.24

0

 (;<)

 sonido (0=s)

9?4 24@? 32 @?2 91?2

33@?2 312 3213 33>4 3125 0=s

$rror *orcentual

B

<2

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=


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,

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Coplete las ta!las 4.1 ' 4.4 toado coo precedente lo reali%ado en las ta!las 4., ' 4./. Para convertir el tu!o cerrado en tu!o a!ierto sa"ue la tapa coo lo uestra la $i*ura 4.,.4.

/ig. .1.5. Tu!o cerrado a tu!o a!ierto. TA&"A .3. Tu!o a!ierto de lon*itud varia!le " (0) /./= /.,= /.== ,.2= ,.8= ,.= ,.=

(0) 4#484 4#/84 4#=84 1#884 1#84 1#484 1#/84

/ (;<) 4#4 84#8 81#4 82#/ 2/#8 2#4 ,=#/


 sonido (0=s) 111#, 11#/8 14=#, 14#4< 14,#88 112#14 1
$rror 8orcentual

B

/


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1

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4


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<

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TA&"A .. Tu!o a!ierto de $recuencia varia!le "ongitud del tubo abierto:

2.44  (;<)

=2 C C 3 =2 C 2 C 5 =2 C

4? 242 1391 1421 4?1@

?9 199> 2541 3391 1@1


0  sonido (0=s)

3551 34?1 343> 3319 34@@ 0=s

$rror *orcentual

B




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

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#eter0inación de la recuencia 8ara un dia8asón. Si*uiendo los pasos dados en 4., ' con el iso onta3e a9ora deterinará la $recuencia de un diapas&n Gpro!leaH# utilice la velocidad del sonido proedio 9allada en 4., para tal $in. Llene la ta!la 4.< ' deterine la $recuencia desconocida

8


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TA&"A .5. Tu!o cerrado con diapas&n %esonancia

"ongitud de onda



/ e8eri0ental (;<)

= C "ongitud de onda 8ro0edio

0

/recuencia del dia8asón e8eri0ental 8ro0edio

;<

/recuencia del dia8asón teórica

;<

$rror 8orcentual

B

o

9.2 +$STIOA%IO sando el 8roceso de deter0inación de la velocidad del sonido res8onda: 9.1.1. #e las tablas .1 al . deter0ina el valor 8ro0edio de la velocidad del sonido en el laboratorio. DEuF actores inlu6en 8ara 7ue Ga6a una variación con el valor teórico de 32 0=sH $8lica. TABLA 4.,. @ El valor proedio de la velocidad del sonido del la!oratorio es 1<<#1, ;s TABLA 4./. @ El valor proedio de la velocidad del sonido del la!oratorio es 14=.8 ;s TABLA 4.1. @ El valor proedio de la velocidad del sonido del la!oratorio es 14<.1/ ;s TABLA 4.4. @ El valor proedio de la velocidad del sonido del la!oratorio es 14/#,/8 ;s

.,./. MA una teperatura de /< DC MCuál es la $recuencia del tono $undaental en un tu!o cerrado de , de lon*itudN

 C o  491(T)

OI 48./ J >=., ( /< OI 421#
2

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$I 421#
.,.1 M0e los ensa'os "ue 9as e$ectuado en este e(periento se puede deducir "ue la velocidad del sonido en el aire depende 'a sea de la $recuencia o de la lon*itud de onda en las ondas producidas por el parlanteN# e(pli"ue su respuesta. Si no es as+ # de "ue $actores depende. E(pli"ue.

0e tus resultados M5u) valor o!tendr+as para Os a 4< CN

6.1.4

 C o  491(T)

OI 48./ J =#,>T-  OI 48#/ J =#, >4<-  <=<#/ ;s

9.2 sando el 8roceso de deter0inación de la recuencia 8ara un dia8asón res8onda: 9.2.1. Si la te08eratura del aire en el tubo de resonancia uese 94 + DEuF recuencia de dia8asón seria re7uerida 8ara 8roducir resonancia en las 0is0as condiciones 7ue encontraste en este e8eri0ento 8ara el dia8asónH

9.2.2 DEuF otros actores inlu6en en la velocidad del sonidoH La velocidad del sonido var+a ante los ca!ios de teperatura del edio Esto se de!e a "ue un auento de la teperatura se traduce en "ue auenta la $recuencia con "ue se producen las interacciones entre las part+culas "ue transportan la vi!raci&n ' este auento de actividad 9ace "ue auente la velocidad. Por e3eplo. so!re una super$icie nevada# el sonido es capa% de despla%arse atravesando *randes distancias. Esto es posi!le *racias a las re$racciones producidas !a3o la nieve# "ue no es edio uni$ore. Cada capa de nieve tiene una teperatura di$erente. Las ás pro$undas# donde no lle*a el sol# están ás $r+as "ue las super$iciales. En estas capas ás $r+as pr&(ias al suelo# el sonido se propa*a con enor velocidad.

9.3.

*%O&"$,AS

=

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8.


+onclusiones: o

o

o

Se lo*r& edir e(perientalente la lon*itud de la onda en el tu!o de resonancia tanto en el oento "ue se encontra!a cerrada coo a!ierta de la resonancia del aire. Se deterin& ediante el so$tQare ' el $undaento te&rico la velocidad del sonido en el aire en cada caso respectivaente. Se lo*r& cali!rar el diapas&n poni)ndola en una $recuencia conocida de acuerdo a nuestros cálculos.

>. &I&"IO%A/JA (segKn or0ato de la A*A) 

.. A:E# . . STERE6>/=,=-# F+sica . A:T:6 LARA# BARRA7A: 7E# ECTR :UVE TRE# 7U6LLER  CERPA CRTES# ARTUR CAOE CAOE>/==2-# 6ntroducci&n a la $+sica . 76A:CL6 0U7LAS>/==-# F+sica 7iancoli @Se(ta Edici&n. o

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/

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