Ondas Estacionarias En Una Cuerda Y Velocidad Del Sonido

LABORATORIO N°1

FISICA III

ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA Y VELOCIDAD DEL SONIDO

Fecha: 28 de marzo, 2011

Objetivo(s):

Establecer una relación entre la velocidad de la onda estacionaria en una cuerda que vibra bajo cierta frecuencia y la tensión que se ejerce sobre ella, empleandoData Studio.

Medir y determinar prácticamente la velocidad del sonido empleando, un tubo de resonancia.

Marco teórico (ondas estacionarias en una cuerda):

Para esta experiencia se necesitan conocer unos conceptos muy importantes como son:

• Onda estacionaria: son aquellas que se forman por una superposición de dos ondas que viajan en sentido contrario y que tienen la mismavelocidad, amplitud y longitud de onda; además de que sus nodos permanecen inmóviles.

Las funciones de las ondas incidentes y reflejadas que se propagan a lo largo de la cuerda pueden escribirse como sigue:

[pic]

[pic]

[pic]

Estas formula nos da como resultado:

[pic]

Siendo  [pic] y [pic]

T: Periodo

f: frecuencia

w:frecuencia angular

k: número de onda

• Frecuencia de una onda estacionaria: se define como el número de oscilaciones por unidad de tiempo para el caso de las ondas estacionarias la frecuencia tiene relación directa con la tensión que se le ejerce a la cuerda y relación inversa con la longitud de la cuerda y la densidad lineal de masa.

• Velocidad de la onda en una cuerdatensionada: para un sistema conformado por una cuerda tensionada con una frecuencia f se observa que se debe tener en cuenta la masa por unidad de longitud de masa expresada por así que estos dos factores están relacionados de la siguiente forma:

[pic]

• Tensión: para una onda observada en una cuerda debemos tener en cuenta la tensión de esta ya que existe una relación inversaentre la tensión ejercida y el número de segmentos de la onda de la siguiente forma:

/T/= μ (2Lfn/n)^2

Procedimiento (ondas estacionarias):

1.- Verifique el montaje de la cuerda con extremos fijos como se indica en la figura:

En el extremo de la cuerda se deben colgar pesas con el fin de ir variando la tensión, emplear 150 gr., 200 gr. y 250 gr.

2.- Para cada valor de la tensiónse debe activar la señal de inicio del computador, para asi generar la vibración en la cuerda y se define la frecuencia de oscilación en un grafico del computador o bien en la señal del amplificador de potencia.

3.- Cuando se ha conseguido la onda estacionaria se debe elaborar una tabla en la cual se registra la siguiente información: Masa, Peso o Tensión en la cuerda, Frecuencia, Longitud deonda, Velocidad y la raíz cuadrada de la tensión.

4.- Realice un grafico con los valores de velocidad vs raíz cuadrada de la tensión en el computador. Utilice el DataStudio para registrar y mostrar los datos por medio de un gráfico.

5.- Aplique un ajuste lineal a la gráfica obtenida con el fin de definir la pendiente de la recta. ¿Que representa la pendiente?

6.- ¿Que puede concluirrespecto de la velocidad de ondas estacionarias en el caso de una cuerda?

7.- Determine el valor de la densidad lineal de masa.

Marco teórico (velocidad del sonido):

Una onda sonora es una onda longitudinal por donde viaja el sonido y consiste en pequeños movimientos de las moléculas del aire en el sentido que se alejan y se acercan al emisor del sonido. Este movimiento es similar al de lasondas que se propagan en una cuerda, al igual que éstas tienen nodos, es decir, donde el aire no vibra y desplazamientos antinodos que corresponden a puntos donde la amplitud de vibración del aire es máxima.

El movimiento de un pequeño volumen de aire en una onda sonora es paralelo a la dirección de propagación de la onda, es así que la onda sonora es una onda longitudinal.

En general las...