ondas sonido

Departamento de Física
Laboratorio de Imagen y Sonido

ONDAS DE SONIDO ESTACIONARIAS
EN TUBOS
1. Objetivos
Analizar la formación de ondas sonoras estacionarias en tubos. Determinar la velocidad
de propagación del sonido en tubos.

2. Fundamentos teóricos
Cuando una onda longitudinal que se propaga en un fluido dentro de un tubo llegar a un
extremo del mismo, se refleja, de igual maneraque las ondas transversales se reflejan en una
cuerda. La onda reflejada también viaja por el tubo con la misma frecuencia que la onda
incidente, y da lugar a nuevas reflexiones. Estas ondas reflejadas están desfasadas entre sí y
con respecto a la onda incidente. La superposición de la onda incidente y las reflejadas
produce una onda estacionaria. Para ciertas frecuencias, el desfase entrelas ondas que viajan
por el tubo es tal que la amplitud de la onda estacionaria resultante es muy grande, dando
lugar a una ONDA ESTACIONARIA RESONANTE.

Una onda longitudinal consiste en una serie de comprensiones y rarefacciones del medio
en el que se propaga. En una onda estacionaria hay puntos donde el medio no vibra y reciben
el nombre de nodos de desplazamiento, y puntos donde laamplitud de la vibración del medio
es máxima, y reciben el nombre de antinodos de desplazamiento. En términos de presión, los
nodos de desplazamiento corresponden con anitonodos de presión (puntos donde la presión es
máxima) y los antinodos de desplazamiento corresponden con nodos de presión (puntos donde
la presión es la de equilibrio).
Las frecuencias para las que se forman ondas estacionariasresonantes en un tubo
dependen de si éste tiene los dos extremos abiertos o uno de ellos está cerrado.
En un tubo abierto por ambos extremos una onda estacionaria resonante se forma si:

L=n

λ

,

2

n = 1,2,3...

[1]

Mientras que si el tubo está abierto por un extremo y cerrado por otro, se debe cumplir
que:

L = (2n + 1)
donde

λ
4

,

n = 0,1,2...

[2]

Lcorresponde a la longitud del tubo y λ a la longitud de onda de las ondas en el tubo.

En condiciones de resonancia, el extremo cerrado coincide con un nodo de
desplazamiento (antinodo de presión), y el o los extremos abiertos tienen que coincidir con un
antinodo de desplazamiento (nodo de presión).

1

Teniendo en cuenta la relación:

λ=

v pro

ν

,

[3]

Podemos obtener la relaciónentre la longitud del tubo, la velocidad de propagación de
la onda longitudinal en el medio y las frecuencias para las que se producen ondas estacionarias
resonantes. Así, en un tubo abierto,

v=n

v pro
2L

, con

n = 1,2,3...

v = (2n + 1)

en un tubo cerrado por un extremo

[4]

v pro
4L

, con

n = 0,1,2,3...

[5]

Las frecuencias más bajas que se obtienen según lasexpresiones anteriores reciben el
nombre de fundamentales. Las que se obtienen con valores sucesivos de n reciben el nombre
de armónicos o sobretonos.
En las siguientes figuras se muestran las configuraciones de desplazamiento relativo
del medio para los cuatro primeros estados de resonancia.

2

3. Método experimental
3.1 MATERIAL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Tubo transparente conescala métrica.
Generador de funciones.
Osciloscopio.
Micrófono.
Amplificador.
Pistón móvil.
Cables de conexión.

3.2 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MONTAJE
El tubo graduado tiene un altavoz alojado en uno de sus extremos. Se debe conectar
la salida del generador de funciones a la entrada del altavoz. Asimismo se conectarán a cada
canal de osciloscopio, tanto la salida del generador defunciones, como la salida del
amplificador del micrófono. El interruptor del amplificador del micrófono se deberá poner en la
posición ON. Al término de la práctica dicho interruptor se deberá volver a colocar en la
posición OFF.

(7)
(3)

(2)

(1)
(6)
(4)
(5)

3

Esquema de montaje.

3.3 METODO EXPERIMENTAL
Antes de comenzar, medir la longitud total del tubo.
ATENCIÓN: el...