tubo de kundt

MOVIMIENTO ONDULATORIO:
ESTUDIO DE
ONDAS ACÚSTICAS
EN EL TUBO DE KUNDT
Y DETERMINACIÓN DE LA
VELOCIDAD DEL SONIDO
(Práctica nº 6: El tubo de Kundt)
FERNANDO HUESO GONZÁLEZ
Pareja 7 - Grupo B-L1
2º DE FÍSICA - UVEG
Laboratorio de Mecánica y Ondas
Práctica realizada el 15-XII-08
Informe entregado el 12-I-09 2
OBJETIVO
En este experimento se estudia el movimientoondulatorio de ondas de presión (acústicas) en el
interior del tubo de Kundt mediante un altavoz conectado a un generador de funciones y un micrófono
receptor que registra la señal en un osciloscopio. Los objetivos principales del experimento son:
• el estudio de ondas longitudinales (acústicas) estacionarias;
• el estudio de la dependencia de la longitud del tubo con la frecuencia en la ondaestacionaria;
• análisis del perfil de amplitudes alrededor de una frecuencia de resonancia;
• comparación de las ondas estacionarias en el tubo cerrado y abierto por un extremo;
• la determinación de la velocidad del sonido en el aire y comparación con el valor esperado.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
El objeto de estudio en este experimento es el movimiento ondulatorio en el interior del tubo deKundt, la formación de ondas estacionarias acústicas dependiendo de la frecuencia y la longitud del tubo
y de si es abierto o cerrado. Para ello se pueden calcular los parámetros característicos de la onda, como
son la longitud de onda y su velocidad de propagación (velocidad del sonido). Aparte, es posible estudiar la variación de la amplitud alrededor de la frecuencia de resonancia.
Eltubo de Kundt es un cilindro largo y estrecho en el que se pueden generar sonidos si se hace
vibrar la columna de aire de su interior. Una perturbación inicial hace propagarse una onda longitudinal
que desplaza a las moléculas alrededor de su posición de equilibiro. Esto origina una variación de la presión a lo largo del tubo. Hay zonas donde hay una sobrepresión (compresión) y otras en las quehay baja
presión (enrarecimiento). Al llegar a un extremo del tubo, sea abierto o cerrado, la onda se reflejará, interferirá con la incidente y formará ondas estacionarias para determinadas frecuencias propias. Podemos
describir la onda acústica o bien como el desplazamiento de las moléculas respecto a su equilibrio o con
la presión en cada punto del tubo. Cuando se forma la ondaestacionaria, en las posiciones en las que el
desplazamiento de una molécula (amplitud) es máximo, las moléculas a su alrededor vibran en fase, con
lo que la presión es mínima. Si la molécula está en su posición de equilibrio, las moléculas a su alrededor vibran en oposición de fase, con lo que la presión es máxima. Por tanto, máximos de presión corresponden a mínimos de desplazamiento y viceversa; lasdos ondas están desfasadas en π/2. Cabe indicar
que se aproxima la columna de aire como unidimensional, sin tener en cuenta efectos de volumen y contorno lateral.
Figura 1 - Onda de presión (negra) y de desplazamiento de las moléculas respecto al equilibrio (azul).
Nota: Ambas están desfasadas en π/2. 3
En el caso de que la onda llegue a un extremo cerrado del tubo, en ese punto eldesplazamiento
de las partículas ha de ser siempre nulo, y se producirá una reflexión de la onda con inversión de fase
que interferirá con la onda incidente. En el caso de que se forme una onda estacionaria, tendremos un
nodo para la onda de desplazamiento y un vientre para la onda de presión. Si el extremo del tubo es
abierto, la reflexión es más compleja, pero si se emplea un tubo estrecho encomparación con la longitud
de onda λ (dos veces la distancia entre nodos contiguos), en el extremo abierto habrá un vientre en la
onda de desplazamiento.
En el caso de un tubo con los dos extremos cerrados, hay un nodo en ambos extremos, con lo que
el modo fundamental será un solo vientre en el centro del tubo. Por tanto, la longitud del tubo corresponderá a una semilongitud de onda....