sonido

VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE.

I. OBJETIVOS:

Estudiar el fenómeno de la resonancia, determinar la velocidad del sonido en el aire a temperatura ambiente y 0ºC.
Determinar la longitud de onda (λ).

II. MATERIALES:












Multitester Wincha












Generador de frecuencia Tubo de resonancia












ParlanteSoporte universal



III. FUNDAMENTO TEORICO.

1. Velocidad del sonido en el aire.
Entre la velocidad de propagación (v) de una onda, su longitud de onda, (λ) y su frecuencia (ƒ) existe la relación.

V = λ ƒ …………………… (1)
De modo que, si somos capaces de medir λ y ƒ, podremos calcular la velocidad de propagación V.
Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales,que pueden propagarse en los materiales (sólidas, líquidas y gases). Si el medio en que se propaga la onda sonora es una gas, tal como el aire, la velocidad de propagación viene dada por
V= ….………………..(2)
Siendo el módulo de compresibilidad del medio y su densidad.
Si admitimos que las transformaciones que acompañan a la propagación del sonido en el aire (es decir,las comprensiones y enrarecimientos) tienen carácter adiabático (ya que son muy rápidas) y que el aire se comporta como un gas ideal, entonces podremos describir.
= γ P ……..…………….. (3)
Donde γ es llamado coeficiente adiabático y representa el coeficiente entre los calores molares a presión y a volumen constante (γ = Cp /Cv) y P es la presión del gas(la presión atmosférica).
Sustituyendo la expresión (3) en la (2) y utilizando la ecuación de estado del gas ideal (pV = nRT) obtenemos .
V = ………………… (4)
Donde R es la constante universal del os gases M es la masa molecular del gas (la masa molecular media del aire es 28,9 g/mol) y T es la temperatura absoluta.Conocida la velocidad v del sonido del aire a temperatura ambiente T (K), podemos calcular el valor de la velocidad V0 a 0 ºC, utilizando dos veces la expresión anterior y dividiendo miembro a miembro. Obtenemos entonces.
V = V0 ………………(5)
2. Resonancia.
Si, mediante una fuentesonora (un diapasón, por ejemplo) producimos una vibración de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado por el otro extremo), las ondas que se propagan a través de la columna de aire contenida en un tubo se reflejan en sus extremos. Si la longitud de la columna de aire se ajusta de modo que sea igual a un cuarto de la longitud de onda del tono emitido por el diapasón, la ondareflejada llegará al extremo abierto precisamente en fase con la nueva vibración del diapasón (en la reflexión en el extremo cerrado se produce un salto de fase de 1800) produciéndose una intensificación en el sonido emitido. Este fenómeno es conocido con el nombre de resonancia.
En la columna de aire se establece una onda estacionaria, producida por la interferencia entre el tren de ondasincidente y reflejado, con un nodo en el extremo cerrado y un vientre o antinodo en el extremo abierto.
En general, la columna de aire entrará en resonancia siempre que su longitud sea exactamente un múltiplo impar de cuartos de longitud de onda, esto es.
L = (2n – 1) , (n = 1, 2, 3, … ) …………...(6)
Así que la distancia que separa dos nodos (o dos vientres o antinodos)consecutivos será de media longitud de onda.
En realidad, la posición del primer vientre no coincide exactamente con el extremo abierto del tubo, sino que se encuentra a una cierta distancia de fuera del mismo. En la figura 2 se indican las condiciones de vibración para las dos primeras posiciones de resonancia y a partir de ellas podemos escribir.
L1 + e = L2 + e =

De modo...