velocidad del aire y del sonido

Departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma Metropolitana, Apartado Postal 02-200,
En una onda longitudinal, las partículas de material que transmiten la onda vibran en dirección de la propagación de la onda. La onda mecánica longitudinal más conocida es la sonora. La velocidad de propagación depende de la razón entre una propiedad elástica (Módulo volumétrico) delmedio y una propiedad inercial (Densidad) del medio. Se determinará la velocidad del sonido en el aire “v” a partir de 3 frecuencias que van en una escala de los (800,1000) Hz que se harán resonar en un tubo cerrado de longitud constante con un émbolo que puede moverse a lo largo del tubo. Se comprobará que la velocidad del sonido en el aire es de 344 m/s.

1. Introducción
Las ondas mecánicasson aquellas que viajan a través de un medio (canal) deformable o elástico, las cuales se originan cuando cierta parte del medio se desplaza de su posición original y quedan liberadas.
Si el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, entonces se tiene una “onda transversal” .Si el movimiento de las partículas de una onda mecánica es de vaivén a lolargo de la dirección de propagación, se obtiene una “onda longitudinal”.
En una onda longitudinal, las partículas de material que transmiten la onda vibran en dirección de la propagación de la onda. La onda mecánica longitudinal más conocida es la sonora.
Las “ondas sonoras” viajan a través de sólidos, líquidos y gases. Un sistema vibratorio (una cuerda o columna gaseosa) pone en movimiento alaire; esta perturbación se propaga por el aire hasta que llega a nuestros tímpanos, donde un receptor y un amplificador asombrosamente delicados y sensibles convierten esta perturbación mecánica en una señal eléctrica que llegaal cerebro.

El ser humano es capaz de detectar estas ondas en una gama de frecuencias que va de los 20 Hz a unos 20,000 Hz; dicha gama recibe el nombre de “intervaloaudible”.
Un sistema vibratorio tiene un número infinito de frecuencias propias. Para cada una de estas frecuencias, el sistema puede alcanzar una gran amplitud con una fuerza accionante muy pequeña (en realidad, nula).
Cuando la frecuencia de una fuerza impulsora concuerda con las frecuencias naturales permitidas de un sistema vibratorio, se produce una onda estacionaria y el sistema comienza a moversecon una gran amplitud. Esta es la condición para que exista una “resonancia”.

Fig. I Algunos patrones de oscilación de un oscilador masa-resorte. Cada patrón de movimiento diferente tiene una frecuencia natural diferente, siendo el número de frecuencias naturales igual al número de cuerpos oscilatorios.
2. Fundamentos teóricos
2.1 Resonancia
En la resonancia, el movimiento de la fuerzaimpulsora está en fase con el de la cuerda pero la cuerda no pierde energía a causa del trabajo efectuado por la fuerza impulsora. La frecuencia resonante es casi, pero no exactamente, una frecuencia natural de la cuerda.
Finalmente se llega a una situación estable en la que la energía suministrada por la fuerza impulsora equilibra exactamente las pérdidas debidas al amortiguamiento.
En caso de queno existiera un amortiguamiento, la frecuencia resonante sería exactamente una frecuencia natural y la amplitud aumentaría sin límite; siempre y cuando, la energía suministrada a la cuerda sea continua. Con lo cual se provocaría que la cuerda se rompiera debido a que excede su límite elástico.
2.2 Velocidad del sonido
Como en todas las ondas mecánicas, la velocidad de propagación depende de larazón entre una propiedad elástica del medio (Tensión) y una propiedad inercial del medio (Densidad de masa lineal).
Sin embargo para las ondas longitudinales, la propiedad elástica describe cómo responde el medio a los cambios de presión con un cambio de volumen (Módulo volumétrico). Mientras que la propiedad inercial del medio debe estar dada por su densidad (ρ).
Las ondas sonoras suelen...