ondasn ultrasonicas

LABORATORIO DE FÍSICA III, L5. ONDAS ULTRASÓNICAS.

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA III
L5. ONDAS ULTRASÓNICAS.
OBJETIVOS
1. Determinar la velocidad del sonido en el aire.
2. Observar pulsaciones de ondas ultrasónicas con el osciloscopio.
3. Observar la frecuencia de pulsación f s y compararla con la diferencia de lasfrecuencias individuales f a y f b .
4. Determinar la frecuencia de oscilación f y compararla con el valor medio de las frecuencias individuales f a y f b .

Pr n
of el
es d
or eb
Ca ido
rlo p
er
s
Co mi
so
nt
re de
ra l
s.

1

EQUIPO
Tres transductores ultrasónicos, 40 kHz.
Un amplificador de corriente alterna.
Dos generadores, 40 kHz.
Osciloscopio de dos canales.
Láminareflectora.
Cinta métrica.

MARCO TEÓRICO
Un ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia por encima del espectro audible del oído humano
(aproximadamente 20 kHz ). Un sónar es un dispositivo que emite señales ultrasónicas pulsadas y mide el tiempo en el
cual se refleja una señal desde la superficie de un objeto hacia el receptor. Para simplificar la configuración, el transmisor yel receptor están en la misma ubicación. El tiempo entre la transmisión y la recepción se puede usar para determinar la
distancia al objeto reflector (sí se conoce la velocidad del sonido) o para determinar la velocidad del sonido a partir de una
distancia conocida. Este método es comúnmente usado por ejemplo para determinar las profundidades del agua en el
océano.
En la primera parte de lapráctica se usa el principio del sónar para determinar la velocidad del sonido en el aire. Dos
transductores ultrasónicos sirven como transmisor y receptor, dependiendo de su conexión. Un piezoeléctrico convierte la
energía eléctrica en energía mecánica.
Cuando se aplica al piezoeléctrico un voltaje de corriente alterna, el transductor configurado como transmisor suministra
una amplitud sonorasuficientemente alta a dos frecuencias de resonancia diferentes (aproximadamente 40 kHz y 48
kHz ). En cambio, las ondas sonoras generan oscilaciones mecánicas en el transductor cuando está configurado como
receptor. La amplitud del voltaje de corriente alterna resultante es proporcional a la amplitud de la onda sonora.
La superposición de dos ondas sonoras de frecuencias f a y f b ligeramentediferentes produce el fenómeno de
pulsaciones.
La suma,

Co

f + fa 



A0 sin ( 2π f a t ) + A0 sin ( 2π f b t ) = 2 A0 cos π ( f b − f a ) t  sin  2π b
t ,
2



(1)

de las dos ondas individuales se puede entender como una oscilación con frecuencia media dada por,

f =

f a + fb
.
2

(2)

y la amplitud que varía periódicamente, dada por,

f − fa 

A ( t) = 2 A0 cos  2π b
t .
2



UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, SEDE SOCORRO.

(3)

LABORATORIO DE FÍSICA III, L5. ONDAS ULTRASÓNICAS.

El período de oscilación Ts entre dos mínimos consecutivos de la amplitud A ( t ) , por ejemplo entre dos nodos de la
pulsación (ver Figura 1), se llama el período de la pulsación y la frecuencia

1
,
Ts
se llama la frecuencia de lapulsación. Esta muestra la relación,
fs =

(4)

f s = fb − f a .

(5)
2

Pr n
of el
es d
or eb
Ca ido
rlo p
er
s
Co mi
so
nt
re de
ra l
s.

Tres transductores ultrasónicos sirven como transmisores y receptores, dependiendo de su conexión.

Figura 1. Pulsación de ondas ultrasónicas.

TEMAS PARA CONSULTA
1. Ondas Ultrasónicas.
2. Pulsaciones de ondas ultrasónicas.

CoBIBLIOGRAFÍA
1. Serway, Raymond; Beichner, Robert J. Física. Sexta Edición Tomo 1, Capítulo XVIII.
2. Zajac, H. Óptica. Ed. Fondo Educativo Interamericano, 1977.
PROCEDIMIENTO

A. Medición de la velocidad del sonido.
Montaje experimental.
- Realice el montaje mostrado en la Figura 2.
- Conecte el transductor ultrasónico (a) al generador y ajuste el generador a operación continúa.
-...