fisica

Velocidad del sonido en el aire
OBJETIVO:
Estudiar el fenómeno de la resonancia, determinar la velocidad del sonido en el aire y el coeficiente adiabático del mismo.
MATERIAL:
Tubo de resonancia, dispuesto verticalmente y provisto de un sistema adecuado para variar el nivel de agua en el mismo. Diapasones. Martillo de caucho. Regla graduada.
FUNDAMENTO:
Sonido:
El sonido, en física, escualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Comolas vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas mecánicas longitudinales, producidas por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión generan en el cerebro la sensación del sonido.
La velocidad de propagación de la onda sonora depende de lascaracterísticas del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera.
Aparte del interés del estudio del propio sonido, su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.
Aunque la velocidad del sonido no depende del tono (frecuencia) ni de la longitud de onda de la onda sonora, síes importante su atenuación.
Este fenómeno se explica por ley cuadrática inversa, que explica que cada vez que se aumenta al doble la distancia a la fuente sonora, la intensidad sonora disminuye.
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.
La velocidad del sonido varía ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumentode la temperatura se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración y este aumento de actividad hace que aumente la velocidad.

Por ejemplo. sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es mediouniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.
La velocidad del sonido en el aire (a unatemperatura de 20 ºC) es de 340 m/s.
En el agua es de 1.600 m/s.
En la madera es de 3.900 m/s.
En el acero es de 5.100 m/s.

Velocidad de sonido en el aire
En este caso las propiedades físicas del aire, su presión y humedad por ejemplo, son factores que afectan la velocidad.
Por ejemplo, cuanto mayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagación. La velocidad del sonido en elaire aumenta 0,6 m/s por cada 1º C de aumento en la temperatura.
Una velocidad aproximada (en metros/segundo) puede ser calculada mediante la siguiente fórmula empírica:

donde es la temperatura en grados celsius (-273 kelvins);
.



Una ecuación más exacta, referida normalmente como velocidad adiabática del sonido, viene dada por la fórmula siguiente:



donde
R es la constante de losgases,
m es el peso molecular promedio del aire (R/m = 287 J/kg K] para el aire),
κ es la razón de los calores específicos (κ=cp/cv siendo igual a 1,4 para el aire), y
T es la temperatura absoluta en Kelvin.

En una atmósfera estándar se considera que T es 293,15 Kelvin, dando un valor de 343 m/s ó 1.235 kilómetros/hora. Esta fórmula supone que la transmisión del sonido se realiza sin...