Laboratorio

Física II

LABORATORIO Nº 3
RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE

I.

LOGROS.



II.

Determinar la rapidez del sonido en el aire.
Medir experimentalmente la longitud de onda del sonido emitido.

PRINCIPIOS TEÓRICOS
Los elementos de una onda se muestran en la figura 1, las cuales son: longitud de
onda
, amplitud
y el periodo
que es la inversa de su frecuencia
.

Figura 1.Elementos de una onda (a) Desplazamiento

vs. . (b) Desplazamiento

vs. .

La rapidez de propagación de la onda en algún medio es dado por:
(1)
Sin embargo, las ondas viajan con distinta rapidez dependiendo del medio en el cual
se propagan. Así por ejemplo, la rapidez de propagación de las ondas sonoras en el
aire, depende de la temperatura en
y es dada por:
(2)
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Todo sistema físico tiene frecuencias naturales de vibración, y cuando es igual a la
frecuencia de la onda proveniente de alguna fuente externa, se produce el fenómeno
de resonancia, conociéndose a dicha frecuencia como frecuencia de resonancia.
En la figura 2 se muestra un tubo con una columna de aire de longitud variable
cerrado por unextremo, donde se propagan las ondas de sonido provenientes de
alguna fuente externa, y que son reflejadas en dicho extremo cerrado. Cuando el
sistema se encuentra en resonancia, la superposición de estas ondas (incidentes y
reflejadas) que viajan en sentidos opuestos, forman una onda estacionaria dentro del
tubo. A esta superposición de ondas en una misma región del espacio, se conoce
comointerferencia. En los nodos de desplazamiento (o antinodo de presión) que se
forma en el extremo cerrado del tubo, se observa interferencia destructiva, mientras
que los antinodos de desplazamiento (o nodos de presión) que se forma en el
extremo abierto se observa interferencia constructiva.

Figura 2. Tubo con una columna de aire de longitud variable cerrado por un extremo. (a) Primer
armónico confrecuencia de resonancia . (b) Tercer armónico con frecuencia de resonancia
.
(c) Quinto armónico con frecuencia de resonancia

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.

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En la figura 2.a se muestra el primer armónico, donde
es la frecuencia de
resonancia llamada frecuencia fundamental. En la figura 2.b notamos que la
frecuencia de resonancia deltercer armónico es 3 veces el valor de . Asimismo,
para el quinto armónico de la figura 2.c, observamos que la frecuencia de resonancia
es 5 veces el valor de . Podemos concluir entonces, que en un tubo cerrado en
un extremo y abierto en el otro, las frecuencias naturales de oscilación forman una
serie armónica que incluye sólo múltiplos enteros impares de , es decir:
(3)
siendo , lasfrecuencias de resonancia de las ondas estacionarias que pueden
formarse en la columna de aire dentro del tubo de longitud .

Figura 3. Onda estacionaria con tres nodos. La distancia de nodo a nodo es media longitud de onda.

De la figura 3, observamos que las distancias de nodo a nodo
de onda . Es decir:

es media longitud

Despejando, obtenemos que la longitud de onda viene dada por:
(4)Siendo útil esta última ecuación (4) para encontrar experimentalmente la longitud de
onda dentro del tubo resonante.

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III.

PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales y Equipos:
-

Un (01) módulo de tubo resonante. (1 base, 2 pinzas y 1 tubo de vidrio).

-

Un (01) pistón.

-

Un (01) generador de señal de función.

-Un (01) parlante.

-

Un (01) plumón.

-

Una (01) wincha.

-

Un (01) termómetro

b) Procedimiento:
Se encontrará la longitud de onda del sonido emitido por el generador de señal
de frecuencias, para poder determinar luego la rapidez de propagación del
sonido en el aire contenido dentro del tubo resonante, cuya longitud será la
distancia medida desde el extremo abierto del...