SONIDO 1. OBJETIVOS Determinar la frecuencia de diferentes fuentes de sonido, como ser: diapasones, voz
humana, celular. Estudiar cualitativa y cuantitativamente el fenomeno de superposicion de dos ondas
de sonido. Obtener lña velocidad del sonido en el aire.
2. FUNDAMENTO TEORICO Cuando se produce una perturbación periódica en el aire aire,, se originan ondas ondas sonoras sonoras longitudinales. or e!emplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratoria emiten ondas longitudinales. El o"do o"do,, #ue act$a como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido sonido.. El t%rmino sonido se usa de dos formas distintas. d istintas. En f"sica f"sica,, por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por s" mismas y no a las sensaciones #ue producen.
O se le llama sonido a la propagación de la vibración de un cuerpo el&stico en un medio material. material. 'e#uiere fuente emisora emisora de ondas sonoras, sonoras, un medio transmisor transmisor,, y un receptor o detector de sonidos. (as ondas sonoras son ondas mec&nicas longitudinales: mec&nicas por#ue necesitan un medio material para su propagación y longitudinales por#ue las part"culas del medio act$an en la misma dirección en la #ue se propaga la onda. )e pueden propagarse en medios sólidos, l"#uidos y gaseosos. (a propagación de una onda sonora consiste en sucesivas compr compres esio ione ness y dila dilata taci cione oness del del medi medio o de propa propagac gació ión, n, prod produci ucida dass por un foco foco en
movimiento vibratorio. *l paso de la onda el medio e+perimenta variaciones periódicas de presión. Enrarecimientos del aire se sucedan de forma alternada en el tiempo y se propaguen en el medio. )on unaonda mec&nica longitudinal. (a sonoridad est& relacionada con la intensidad del sonido. (a intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio, sub!etivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como m&s o menos fuerte.
Producción de una onda onora. Deben e+istir dos factores para #ue e+ista el sonido. Es necesaria una fuente de vibración mec&nica y tambi%n un medio el&stico a trav%s del cual se propague la perturbación. (a fuente puede ser un diapasón, una cuerda #ue vibre o una columna de aire vibrando en un tubo de órgano. (os sonidos se producen por una materia #ue vibra.
!o "ar#$e%ro de& onido' A$"&i%ud ( Frecuencia o todas las vibraciones son interpretadas como sonido, sino sólo a#uellas en las #ue el ciclo se repite entre - y - veces por segundo. (a unidad #ue mide la cantidad de ciclos #ue se dan en un segundo se denomina )er%* y se abrevia )*, es decir, 1)*+1cic&o, /un ciclo por segundo0. En la siguiente gr&fica vemos la representación de una onda sonora /la de un piano en este caso0. Esta gr&fica nos señala, a medida #ue recorremos el e!e horizontal del tiempo, los valores de presión o amplitud #ue toma el aire en un punto, representados en el e!e vertical.
For$a de Onda Sonora (os puntos por encima del e!e horizontal del tiempo son valores positivos, es decir #ue la presión aumentar& respecto de la #ue hab"a en ausencia de sonido. (os puntos por deba!o del e!e tiempo, negativos, representan disminución de la presión. )i este sonido de piano se reproduce a trav%s de un altavoz /parlante0 la membrana de este se ir& moviendo hacia adelante o hacia atr&s siguiendo los valores de la gr&fica, hacia adelante para los valores positivos de amplitud, es decir los #ue est&n por encima del e!e horizontal, y hacia atr&s para los valores negativos. * la forma #ue se repite se le denomina Cic&o y su duración en segundos es el Per-odo /T0. (a 1recuencia de la onda sonora es:
los corchetes 2 3 indican en #u% unidad se mide cada variable
/)*0 + T/0
En la figura tambien se muestra el periodo 4 y la amplitud de una onda armonica, estos tipos de onda pueden ser producidos por un diapason y una ca!a de resonancia, asi mismo con estos para,metros podemos ecribir la ecuacion de la onda. y = A sen ( ωt + φ)
donde 5 es la fecuencia angular ∅
es el angulo de desfase
* es amplitud
!a e&ocidad de& onido. Cual#uier persona #ue haya visto a cierta distancia cómo se dispara un proyectil ha observado el fogonazo del arma antes de escuchar la detonación. (a velocidad del sonido se puede medir directamente determinando el tiempo #ue tardan las ondas en moverse a trav%s de una distancia conocida. En el aire, a 6C, el sonido via!a a una velocidad de 778 m9s /8; ft9s0. (a velocidad de una onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus part"culas. (os materiales m&s el&sticos permiten mayores velocidades de onda, mientras #ue los materiales m&s densos retardan el movimiento ondulatoria. (as siguientes relaciones emp"ricas se basan en estas proporcionalidades. En un sólido e+tendido, la velocidad de la onda longitudinal es función del módulo de corte ), el módulo de volumen <, y la intensidad p del medio. (a velocidad de la onda se puede calcular a partir de
(as ondas longitudinales transmitidas en un fluido tienen una velocidad #ue se determina a partir de
donde < es módulo de volumen para el fluido y p es su densidad. ero para un gas ideal
)ustituyendo la ecuación nos #ueda
Donde ' = constante universal de los gases 4 = temperatura absoluta del gas > = masa molecular del gas γ = Es el coheficiente de compresion adiabatico, cuyo valos para el aire a nivle del mar es 8,?.
.PROCEDIMIENTO .1. Medicion de recuencia 8. Conectar el microfono a la interfaz y esta a la computadora. -. *coplar los diapasones en las ca!as de resonancia. 7. 7. Despues de haber realizado las cone+iones correspondientes, abrir el programa (ogger rp, la ventana mostrara la medida de la presion en unidaddes arbitrarias o amplitud relativa. ?. Con el martillo de goma, el diapason y la ca!a de resonancia, producir el sonido y ad#uirir la señal con el sensor microfono /seguir las instrucciones del docen te0. @. 'epetir el paso anterior para otras fuentes de sonido.
.2. Su"er"oicion de onda onora 8. Colocar el sensor microfono entre dos ca!as de resonancia con los diapasones 8 y -. -. roducir ondas sonoras con el diapason 8, y registrar los datos para encontrar la frecuencia angular, la amplitd y el angulo de desfase. 7. Arabar el prefil de la onda armonica con el diapason 8.
?. roducir ondas sonoras con el diapason -, y registrar los datos para encontrar la frecuencia angular, la amplitud y el angulo de desfase. @. Arabar el prefil de la onda armonica con el diapason -.
.. De%er$inar &a e&ocidad de& onido en e& aire 8.Colocar el sensor de microfono en la abertura del tubo hueco. -. *ctivar el disparador del programa (oggerro, seguir las instrucciones del docente. 7. Dar un chas#uido cerca de la abertura del tubo, e iniciara la ad#uisicion de datos. ?. Con el grafico conseguido, determinar el tiemo de via!e de ida y vuelta de la onda sonora.
3. RE4ISTRO DE DATOS 3.1. Ta5&a de da%o "ara &a $edicion de recuencia. t f Ti"o de % /0 Periodo /0 /0 Fuen%e Diapason ?? hz Diapason @8- hz Diapason @8- hz Diapason - hz Celular
Frecuencia
O5ercione
/)*0 ,??B ,@@?7 ,BB ,7-8@ ,@8@
,BB@@ ,;??
7
-,-+8
7
8,?B+8
7
,@?;-
8,?B+8
,7B8-
?
,;;8
?,B@+8
7
8,8+8
?7,@B
Ca!a
@87,;B
resonancia Ca!a de
@87,;B
resonancia )in ca!a de
-8?,B
resonancia )in ca!a de
@,B8@
resonancia Celular
samsung 4abla ?.8. eriodo y calculo de frecuencias de diferentes fuentes sonoras.
3.2. Ta5&a de da%o "ara &a u"er"oicion de do onda onora.
mod.B8-
de
Ti"o
de % /0
t f
y min
/0
y max
/ua0
/ua0
Fuen%e
¿
y ¿
%+67
/ua0 Diapason
8 ,BB
,@
8,;8?
7,@
7,B?
/?? hz0 Diapason -
,7@
,-B-7?
8,7
7,@;
8,B
/@8- hz0 )uperposicio
,8B@-
,7B8-
8,@
7,@7
-,B8
n 4abla ?.-. >inimos y ma+imos de la funcion y, los tiempos sucesivos correspondiantes.
3.. Ta5&a de da%o "ara de%er$inar &a e&ocidad de onido en e& aire 3..1.!on8i%ud de& %u5o ∓
L= 1,06 [m]
3..1.!on8i%ud 9ue recorrio de ida ( ue&%a ∓
L= 2,12 [m]
N
% /0
t f
/0
8 ,??B ,8?; ,;7- ,BB 7 ,7- ,@ ? ,@@@7 ,88B77 @ ,?B8-8 ,8;? 4abla ?.7. 4iempo de chas#uidoeco para la obtencion
:. RESU!TADOS :.1. recuencia de dieren%e uen%e.
∆ t /0
V /$,0
B,??B87 7-,BB 7 @,B-8 7;B,;8@ 7 B,78 7?;,7@ 7 B,?8 7@,7;7 B,87B8 7?@,@; de la velocidad del sonido.
Ti"o
de Frecuencia
O5ercione
Fuen%e
/)*0
Diapason
?7,@B
Ca!a
@87,;B
resonancia Ca!a de
@87,;B
resonancia )in ca!a de
-8?,B
resonancia )in ca!a de
?? hz Diapason @8- hz Diapason @8- hz Diapason - hz Celular Ti"o
resonancia ¿ Celular T/0 y ¿ %+67 mod.B8-
@,B8@ de A$"&i%u
samsung Fuen%e
de
d
:.2. Su"er"oicion de onda w =2 π / T ❑ /rad,0
/ua0 Diapason 8 8,@@
7,B?
-,-@87
-;?,;@-
/?? hz0 Diapason -
8,B
8,887
7?@?,8;@
,;
/@8- hz0 b
-
= −.,.;:D.-8 +
-
.,-7878@@ ⋅ T b
[email protected]. arametro de la funcion de onda sonora.
:..Ecuacion de &a onda
Para &a "ri$era onda yF= ,?@
ω =2 π / T =2 π ( 2,285 X 10−3 )
ω =2749,7529 [
G
rad ] s
y = A sen ( ωt + φ)
t =0 →
P= A sen / φ ¿
−1
φ =se n
( ) P sonora A
= sen−1
(
H
3,649 1,0855
)
φ =0,89881326 [ rad ]
G
Para &a e8unda onda y = A sen ( ωt + φ)
ω =2 π / T =2 π ( 1,819 X 10−3 )
t =0 →
y = A sen / φ ¿
−1
φ =se n
( ) P sonora A
= se n−1
(
ω =3454,1975 [
G
H
)
−0,732 0,807
rad ] s
G
φ =−1,13625 [ rad ]
y = A sen ( ωt + φ)
y =1,0855 sen ( 2749,75 t + 0,89881326 )
:.3.Ve&ocidad de& onido V sonido
= (349,879
∓
;. CUESTIONARIO 1.< =coni8uio una 5uena a"ro>i$ación "ara &a u"er"oición de onda onora? *l realizar la medida de superposición de ondas sonoras se pudo observar #ue se hizo una buena apro+imación de las ondas sonoras al ver #ue en la primera medición y la segunda se pudo observar #ue era constructiva para la segunda y destructiva para la primera.
2.< =@ue diicu&%ade o5ero en &a o5%ención de &a e&ocidad de& onido?=aec%an ea diicu&%ade a &o reu&%ado o5%enido? (as dificultades #ue se observo durante la obtención de la velocidad del sonido fueron las siguiente: al obtener los tiempos, ya #ue despues de darle un golpe al diapason se tenia #ue proceder, rapidamente, a oprimir la tecla en el computador, pero aveces no se podia, para #ue asi se captara me!or el sonido y asi tener una me!or onda, para poder hallar una velocidad presisa.
.< =Por 9ue e i$"or%an%e ac%iar &a o"ción de di"aro en e& "ro8ra$a &o88er "ro en &a $edición de &a e&ocidad de& onido? Es importante activar la obcion de disparo en el programa logger pro para poder obtener datos mucho mas precisos
3.< =E>i%e a&8una dierencia i a& cerrar e& %u5o de reonancia en un e>%re$o u%i&i*a &a $ano e& "io o a&8un o%ro o5e%o?
)i e+iste, por #ue tiene diferente presion
.CONC!USIONES Donde se llego a determinar la frecuencia de diferentes fuentes de sonido, de los diferentes diapasones, con ca!a y sin +a!a, de un celular.4ambien se pude estudiar cualitativa y cuantitativamente el fenomeno de superposicion de dos ondas de sonido, se pudo observar claramente, gracias al programa (oggerro, las ondas sonoras #ue eran longitudinales. )e logro obtener la velocidad del sonido en el aire, gracias a los datos recolectados, por los instrumentos utilizados. (os resultados obtenidos mediante el arreglo e+perimental utilizado, se encuentran ba!o el margen de errores apreciables este margen de error es debido al m%todo indirecto.
. RECOMENDACIONES ara obtener los datos, es necesario poner mucha atencion a los #ue se esta haciendo, ya #ue la perdida de un segundo o dos hace #ue varien los datos y la grafica del sonido. )e pudo observar, #ue sin el material prestado por el laboratorio de fisica, no se hubiera podido obtener estos datos,es por eso #ue para , sacar estos datos, es necesario tener los instrumentos adecuados. Es necesario #ue dos personas usen la computadora y los instrumentos para tomar los datos, ya #ue aveces uno debe estar manipulando los diapasones y microfonos y otro la computadora para asi tener datos e+actos y precisos.
. BIB!IO4RAFA http:99555.uclm.es9profesorado9a!barbero9racticas9BIenduloIfisico.pdf )ears J KemansLi
1"sica Mniversitaria
Decimo primera edición, -?
http:99555.te+toscientificos.com http:99555.yio.com.ar9contenido.phpNartid=@
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
SONIDO TEMA G
ESTUDIANTES' RIOJA VE!IH MARIE!A DOCENTE' IN4. JUAN CAR!OS VAR4AS FEC)A' 2 DE NOVIEMBRE DE! 2612
COC)ABAMBA < BO!IVIA
