Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Escuela Profesional de Ingeniera Qumica

FISICA II

PROFESOR RESPONSABLE: Bellido Quispe Richard

INTEGRANTES

Antezana Vergara Miguel Angel Cd. 1326110013 Arias Arias Jesica Katherine Cd. 1326120092 Benites Macha Susan Stefanie Cd. 1326120287 Molina Lazo Mara Antonella Cd. 1326110076

I. INTRODUCCION

El sonido es un tipo de onda que se propaga nicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbacin. Los conceptos generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los fenmenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las caractersticas del comportamiento ondulatorio.Si, mediante una fuente sonora producimos una vibracin de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado por el otro extremo), las ondas que se propagan a travs de la columna de aire contenida en el 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 la fuente sonora, la onda reflejada llegar al extremo abierto precisamente en fase con la nueva vibracin dela fuente (en la reflexin en el extremo cerrado se produce un salto de fase de 180) producindose una intensificacin en el sonido emitido. Este fenmeno 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 ondas incidente y reflejado, con un nodo en el extremo cerrado y un vientre o antinodo en el extremo abierto

II. OBJETIVOS

Medir la rapidez del sonido en el aire a temperatura ambiente Hallar la relacin entre la frecuencia de una fuente de sonido y la longitud de onda del sonido producido por un tubo sonoro en resonancia.

III. MATERIALES Y EQUIPOS

2 Soportes universales. 2 Nuez y 2 pinzas. Tubo de vidrio. Diapasn de 256Hz y 512Hz. 2 metros de pabilo. Termmetro Regla mtrica de 1 m. Pistn metlico.

IV. MARCO TEORICO

VELOCIDAD DEL SONIDOLa velocidad del sonido es la velocidad de propagacin de las ondas mecnicas longitudinales, producidas por variaciones de presin del medio; Estas variaciones de presin generan en el cerebro la sensacin del sonido. La velocidad de propagacin de la onda Sonora depende de las caractersticas del medio en el que se realiza dicha propagacin y no de las caractersticas de la onda o de la fuerza que la genera. Otro dato importante es que la velocidad del sonido vara dependiendo del medio a travs del cual viajen las ondas sonoras.Entre la velocidad de propagacin (v) de una onda, su longitud de onda, () y su frecuencia () existe la relacin.

V = fDe modo que, si somos capaces de medir y f, podremos calcular la velocidad de propagacin V.Si el medio en que en que se propaga la onda sonora es un gas, tal como el aire, la velocidad de propagacin viene dada por:

V=Dnde: = el mdulo de compresibilidad del medio. = densidad.Si admitimos que las transformaciones que acompaan a la propagacin del sonido en el aire (es decir, las comprensiones y enrarecimientos) tienen carcter adiabtico (ya que son muy rpidas) y que el aire se comporta como un gas ideal, entonces podremos describir.

= P

Donde es llamado coeficiente adiabtico y representa el coeficiente entre los calores molares a presin y a volumen constante = Cp /Cv (su valor puede ser 1.4 si se trata de gas diatmico y 1.66 si es monoatmico) y P es la presin del gas (la presin atmosfrica).La velocidad del sonido en un gas no es constante, sino que depende de la temperatura. De la ecuacin de un gas ideal:

Dnde:V: volumen m: masaR: constante universal de los gasesT: temperaturaP: presinY sabemos tambin:

: densidad

n: nmero de moles

M: peso molecular del gas

Remplazamos:

Sabemos que: = P

V=

Entonces:

Es:

La velocidad del sonido en los lquidosMedioVelocidad en el aire (m/s)

Agua1.493

Mercurio1.450

Alcohol metlico

1.143

La velocidad del sonido en los solidosMedioVelocidad en el aire (m/s)

Hierro5.950

Oro3.240

Acero

5.106

Aluminio4.000

Plomo1.960

Madera3.700

Tabla de relacin gas velocidadGasVelocidad de propagacin del sonido (m/s) a la presin de 1 atm

Aire (0 C)

331

Alcohol etlico (97 C)

269

Amoniaco (0 C)415

Gas carbnico (0 C)259

Helio (0 C)965

Hidrgeno (0 C)1284

Nen (0 C)435

Nitrgeno (0 C)334

Oxgeno (0 C)316

Vapor de agua (134C)

494

V. PARTE EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1 Paso 1Registre en la tabla la frecuencia de los diapasones que se utilizar en la experiencia.

Paso 2Luego monte el experimento. Hgalo con mucho cuidado el tubo puede romperse por exceso de esfuerzo.

Paso 3Luego jale el pabilo hasta que el pistn quede a 10cm de un extremo del tubo.

Paso 4Seguidamente golpear el diapasn y acercarlo a la boca del tubo.

Paso 5Otro estudiante debe jalar suavemente el pabilo unido al pistn hasta que el sonido en el tubo se vuelva intenso. Cuando se haya logrado esto, se ha determinado el punto de resonancia.

Paso 6Luego mida la distancia L, del pistn a la boca del tubo que esta cerca del diapasn. Anote el valor en la tabla.

Paso 7Con el valor de L determinamos la longitud de onda del sonido correspondiente a este punto de resonancia.

Paso 8Repita los pasos 4, 5, 6 y 7 para hallar otro punto de resonancia y medir la longitud de onda de la onda sonora asociada hasta completar la tabla.

Paso 9Repetir todos los pasos con un diapasn de otra frecuencia F y anote los resultados en la tabla.

Paso 10Tambin medimos la temperatura del aire dentro del tubo. Anotamos el valor en la tabla.

VI. RESULTADOS Y DISCUSIONES

1) Para una se obtuvo los siguientes datos:

L0 = 0,164 m hallamos la longitud de onda y la rapidez del sonido (.

L1 = 0,498 m hallamos la longitud de onda y la rapidez del sonido( .

L2 = 0,84 m hallamos la longitud de onda y la rapidez del sonido( .

2) Para una se obtuvo los siguientes datos:

L0 = 0,345 m hallamos la longitud de onda y la rapidez del sonido( .

L1 = 1,015 m hallamos la longitud de onda y la rapidez del sonido( .

Ahora determinaremos la rapidez del sonido promedio:

VII. CONCLUSIONES

Observamos que se pudo medir la rapidez del sonido y el valor obtenido se asemeja al valor que encontramos tericamente en los libros. La velocidad del sonido depende de la longitud del tubo desde donde se forman los nodos ya que este es proporcional a la longitud de onda ().

VIII. BIBLIOGRAFIA

Young, Freedman, Sear, Zemansky. Fsica Universitaria Volumen 1. Editorial Pearson Educacin. Edicin Decimosegunda. 2009; Pginas 542 a 548.

Paul A. Tipler, Gene Mosca. Fsica Para La Ciencia y La Tecnologa, Volumen 1. Editorial Revert. Edicin Quinta. Marzo 2006; Pginas 480.

Universidad autnoma de occidente, gua de laboratorio, Ondas sonoras.

IX. ANEXOS

ANEXO 1Qu es un Diapasn?

Undiapasnes un instrumento con forma de horquilla de metal (generalmente acero), utilizado principalmente en la afinacin de instrumentos musicales. Se desconoce quin lo invent. Para usarlo se golpea suavemente o se pellizcan las dos ramas de la U, de manera que este comience a vibrar. Como cualquier instrumento musical el elemento generador casi no emite sonido ninguno y es necesario un elemento de amplificacin, para lo que se apoya la parte que no vibra en la caja de resonancia de algn instrumento o cualquier superficie rgida.

ANEXO 2

PROPAGACIN DEL SONIDO

Las ondas sonoras son longtudinales, mecnicas (no viajan en el vaco) y se propagan en todas las direcciones, de modo quefrente de ondas es esfrico;as mismo, tiene la capacidad de estimular el odo humano y producir sensacin sonora. Por ello, el estudio del sonido debe tratarse de diferentes forma los aspectos fsicos y los aspectos fisiolgicos relacionados con la audicin.Los frentes de onda en una onda sonora son esfricos, pero podemos pensarlo en una dimsensin como las ondas que se propagan a lo largo de un resorte como consecuencia de la comprensin longitudinal. Por lo que las partculas del medio se comprimen en las zonas de mxima amplitud de la ondulacin y se separan en las de mnima amplitud. Estas zonas se denominancompresinyrarefaccin.

X. CUESTIONARIO

1.Con el valor de la temperatura en la tabla N 1 y la ecuacin (4) determine la velocidad de las ondas sonoras de la experiencia, para cada frecuencia F.

2. Realice un grfico en papel milimetrado con la distancia en el eje Y, los valores de n (ecuacin 2) en el eje X, usando los datos obtenidos parta el primer diapasn ver tabla N1. No te que la grfica es una recta de ecuacin: De la grfica, halle la pendiente media y el intercepto con el eje Y.Sea la Ecuacin:

Datos de la Tabla

(m)

0.1640

0.4981

0.8402

Adems:

Por mnimos cuadrados:

00.16400

10.49810.498

20.84041.68

31.50252.178

3. Realizar un ajuste de mnimos cuadrados a la recta del problema anterior y determine los valores ptimos de la pendiente y la constante de la recta. Con cada valor y la Ecuacin: calcule el valor ptimo de las 2 longitudes de onda.

Por mnimos cuadrados:

00.16400

10.49810.498

20.84041.68

31.50252.178

Sea la Ecuacin:

4. Repetir los problemas 2 y 3 con los datos obtenidos para el segundo diapasn.

Sea la Ecuacin:

Datos de la Tabla

(m)

0.3450

1.0151

Adems:

Por mnimos cuadrados:

00.34500

11.01511.015

11.3611.015

Sea la Ecuacin:

5. Use cada longitud de onda determinada en los problemas 3 y 4 para calcular la velocidad correspondiente de las ondas sonoras del experimento comprelas. Cul es la conclusin?Del problema N3:

Del problema N4:

Observamos que existe una relacin inversa entre la frecuencia y la velocidad. Adems de que si hallamos la velocidad con la primera longitud de onda, para los dos problemas se acercan ms a la velocidad de sonido ideal 340 m/s.Es necesario aclarar que los valores de la velocidad del sonido no van a ser directamente lo ideal; por que al hacer clculos, tomamos o quitamos decimales.

6.Determine la diferencia porcentual de la velocidad de las ondas sonoras halladas en la pregunta 1 y las que se obtiene en la pregunta 5 Cul es la conclusin al respecto?

Para una F = 256Hz Pregunta (1) Pregunta (5)

Diferencia porcentual

/ (2):

x 100:

Para una F = 512Hz Pregunta (1) Pregunta (5)

Diferencia porcentual

/ (1):

x 100:

Como conclusin decimos que no hay mucha diferencia entre los diferenciales porcentuales.

7.Explique en detalle el fundamento terico de la experiencia realizada y demuestre la valides de las ecuaciones (1) y (2)

Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmviles.Unaonda estacionariase forma por lainterferenciade dosondasde la misma naturaleza con igualamplitud,longitud de onda(o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a travs de un medio.Las ondas estacionariaspermanecen confinadas en un espacio(cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilacinpara cada punto depende de su posicin, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Tiene puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibracin mxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energa mxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagacin sino los distintos modos devibracinde la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana,... determinados, slo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La ms baja se denomina frecuencia fundamental, y las dems son mltiplos enteros de ella (doble, triple,...).

La onda estacionaria resultante es

Si el antinodo de la onda sonora con amplitud modulada es igual a coincide exactamente con el dimetro del orificio abierto del tubo, se produce el efecto de resonancia, por lo que el sonido se har ms intenso. Esto equivale a decir que

Esta ecuacin (2) quiere decir que el efecto de resonancia se da cuando el valor de la longitud L es un mltiplo entero de un cuarto de la longitud de onda de la onda sonora estacionaria en el tubo.

8. Realice un esquema grfico de cada una de las ondas estacionarias producidas dentro del tubo por efecto de resonancia.Cuando una onda estacionaria est confinada a un espacio con los dos extremos libres, coincide unantinodocon la zona abierta.Las condiciones que se imponen es este caso es que tanto en, como en debe haber un antinodo. De esta manera nos damos cuenta que se cumple la misma condicin que las ondas estacionarias con ambos extremos fijos, o sea

9. EL experimento realizado en este laboratorio le permitira explicar el sonido producido por una Zampoa incaica. Explique.Cuando se sopla en el extremo destapado de un tubo de la zampoa una compresin, que es aire comprimido, baja por todo el tubo, rebota en el fondo del tubo y sube hasta llegar nuevamente al extremo abierto, en un tiempo menor a una milsima de segundo. Al unirse los efectos, del aire comprimido, que suben y bajan, stos se amplifican constantemente provocando el fenmeno de resonancia, es decir, genera el sonido que escuchamos. Si pudiramos tomar una fotografa del aire, veramos que parece estar estacionado con zonas enrarecidas (baja presin y baja densidad) y otras comprimidas (alta presin y alta densidad)

El tono que se escucha depende de la frecuencia de la onda, y la frecuencia a su vez depende del tiempo de ida y vuelta de la compresin a lo largo del tubo, por lo tanto en tubos largos lo que entra en resonancia es una onda larga y se escucha un sonido grave, en un tubo corto entra en resonancia una onda corta y se escucha un sonido agudo.

10. Si la temperatura del aire corresponde a un da de verano a 34C de temperatura ambiente Qu frecuencia tendrn las ondas estacionarias que entren en resonancia a las distancias medidas en la experiencia realizada?

L0 =16,4 cm =0,164m 0 = 0,656 m

L1= 0,498 m 1 = 0,664 m

L2= 0,84 m 2 = 0,672 m

L3= 0,345 3 = 1,38 m

L4= 1,015 m 4 = 1,353

11. Escriba sus conclusiones y recomendaciones.Conclusiones: Luego de realizar este experimento de laboratorio, se concluye que la velocidad del sonido vara debido a la temperatura del ambiente (en este caso la temperatura del laboratorio) y tambin por la humedad.

Recomendaciones:

La toma de datos en la experiencia debe ser lomas minuciosamente posible para as evitar que los resultados salgan fuera de los parmetros.