LABORATORIO DE OSCILACIONES Y

OPTICA

FISICA 2

2º CICLO

PRACTICA #2

=PRACTICA ACUSTICA=“ONDAS SONORAS”

2° CICLO

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22.......

2

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2

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PRACTICA II

PLANEACIÓN DE LA PRÁCTICA=ONDAS SONORAS=

1) ESPECIFICACIÓN DE OBNJETIVOS:

Determinar experimentalmente la relación ƒ (Frecuencia) contra (Longitud de Onda) con ayuda del emisor de frecuencias.

2) PLANTEAMIENTO DE HIPOTESIS:

La longitud de Onda será inversamente proporcional, a la frecuencia, por lo tanto cuando la frecuencia sea mayor la longitud de onda será menor y viceversa.

3) IDENTIFICAR LAS VARIABLES SIGNIFICATIVAS:

Presión atmosférica. Altitud. Temperatura. Gravedad.

4) SELECCIONAR LAS VARIABLES EXPERIMENTALES ENTRE ELLAS, CUAL ES LA VARIABLE INDEPENDIENTE Y CUAL LA DEPENDIENTE.

Variable Independiente: ƒ (Frecuencia) Variable Dependiente: (Longitud de Onda)

5) INDICAR EL CONTROL DE VARIABLES SIGNIFICATIVAS Y EXPERIMENTALES (INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y FORMULAS):

Emisor de Frecuencias. Osciloscopio.

La variable que controlamos es la Frecuencia y La Longitud de Onda.

6) SELECCIÓN DEL MATERIAL ADECUADO:

Emisor de Frecuencias. Osciloscopio.

7) SELECCIÓN DE MEDIDAS DE SEGURIDAD:

PERSONALES:

o Mantener el orden adecuado en el área de trabajo.o Utilizar el equipo de protección adecuado.o Utilizar ropa cómoda.

DEL EQUIPO (MATERIAL E INSTRUMETOS DE MEDICIÓN ):

o Calibrar el material.o Verificar el buen estado del material.o Limpiar el área de trabajo.o Ser cuidadosos en el equipo.

DEL CONTROL DE EXPERIMENTOS (VARIABLES EXPERIMENTALES):

o Ser cuidadosos al realizar los cálculos.

8) DIBUJO DEL EXPERIMENTO:

ONDAS SONORAS

Velocidad del sonido en el aire a 0° C = 331m/s

v=λδ . .. .. vs20=343m /s . .. .v20=1234 .8km /hr

V=331 m/s 0 ° C

Velocidad del sonido en el aire a 0° C = 1191.6 km/Hr.

LA VELOCIDAD DEL SONIDO

Medio Velocidad (m/s)

v=√δpρ =√δκ ΤΜ Gas

δ=cte . . Adiabáticap=Pr esión . .del . .gasR=cte ..universal . .de . .los .. gasesM=masa . .molecular ..del .. gasΤ=tem . ..abs . .del . .Gasρ=Dendidad . .del . .Gas

v=√γρ var illaγ=modulo .. .de . . youngρ=Densidad . .de . .la . . var illa

v=√ βρ Fluidoβ=modulo .. .volumetricoρ=Densidad . .del . . fluido

v=β+ (4 /3 ) δρ

. .. .. . solido . .Extendido

β=Módulo ..Volumetricoδ=modulo .. .de ..corteρ=Densidad . .del . . solido

Gases

Aire (0 centígrados) 331

Aire (20 centígrados) 343

Helio 965

Hidrogeno 1284

Líquidos

Agua (0 centígrados) 1402

Agua (20 centígrados) 1482

Agua de mar 1522

Sólidos

Aluminio 6420

Acero 5941

Granito 6000

ALGUNAS INTENSIDADES Y NIVELES DEL SONIDO

Sonido Intensidad (w/ m ^2)

Intensidad relativa (i/i O )

NIVEL DEL SONIDO( dB )

Umbral de audición

1x10^-12 10^0 0

El murmullo de las hojas

1x10^-11 10^1 10

Un murmullo a un metro

1x10^-10 10^2 20

Calle de la ciudad

1x10^-9 10^3 30

Oficina, Aula 1x10^-8 10^4 50Conversación normal

1x10^-7 10^5 60

Grupo de rock 1x10^-6 10^6 110Umbral del dolor

1 10^7 120

Motor de propulsión

10 10^8 130

El cohete Saturno

1x10^3 10^9 200

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2

vd

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d

d

A)TUBO ABIERTO

A

L N

A

V/2L

L

V/LL

V/2LL

V/L

L

nLn

nnV/2L

Fundamental

B) TUBO CERRADO

ONDAS SONORAS INTRODUCCIÓN

Una onda sonora es una onda longitudinal perceptible como sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica.

Se propagan debido a la variación de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a la de su vecina, provocando un movimiento en cadena. Esos movimientos coordinados de millones de moléculas producen las denominadas ondas sonoras, que producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

1er Sobretono

2do Sobretono 3er Sobretono

ENTRADAS DE AIRE

1er Sobretono

2doSobretono

3er Sobretono

ENTRADAS DE AIRE

Fundamental

V/4LL

V/4LL

V/4LL

V/4LL

nL/n

nnV/4L

CONCEPCIÓN DEL SONIDO

El sonido (las ondas sonoras) son ondas mecánicas elásticas longitudinales u ondas de compresión. Eso significa que:

a) Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico

b) Los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación. Así los gradientes de presión que acompañan a la propagación de una onda sonora se producen en la misma dirección de propagación de la onda

Hay tres categorías de ondas mecánicas que abarcan diferentes intervalos de frecuencia:

a) Los audibles

Ondas sonoras que están dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano, de 20 Hz a 20000Hz. Se generan de diversas maneras, con instrumentos musicales, cuerdas vocales humanas y altavoces.

b) Ondas infrasónicas

Son las que tiene frecuencias debajo del intervalo audible. Por ejemplo las ondas producidas por un terremoto.

c) Ondas ultrasónicas

Son aquellas cuya frecuencia está por arriba del intervalo audible por ejemplo pueden generarse al introducir vibraciones en un cristal de cuarzo con un campo eléctrico alterno aplicado. Todas pueden ser longitudinales o transversales en sólidos, aunque solo pueden ser longitudinales en fluidos.

La velocidad a la que se propaga el sonido no depende de su intensidad o cualidades, sino únicamente de las propiedades del medio.

El sonido se propaga con mayor velocidad en los medios más rígidos, por lo que la velocidad de propagación es mayor en los sólidos que en líquidos y gases.

Las ondas sonoras se desplazan en todas las direcciones constituyendo "frentes de onda" que corresponderían con las superficies "equipotenciales" de las ondas. Dependiendo como sean estos podremos clasificar a las ondas sonoras como:

Ondas Planas: Las superficies que contienen los puntos que tienen los mismos valores de amplitud son planos perpendiculares a la dirección de propagación. Se producen cuando la propagación de la onda solo se realiza en una dirección.

Ondas Esféricas: Las superficies equipotenciales son esferas concéntricas que se desplazan incrementado su radio y se producen cuando el sonido se propaga en todas las direcciones con igual intensidad. Por ser cada vez mayor la superficie que contiene la excitación, se atenúan con el cuadrado de la distancia, convirtiéndose cuando el radio es suficientemente grande a efectos prácticos, en ondas planas.

Ondas cilíndricas: Cuando la fuente de sonido esta constituida por una recta, los frentes de onda se desplazan alejándose de ella formando superficies de cilindro cuyo radio se va incrementando, por lo que la superficie que contiene la excitación va en aumento y sufren una atenuación que es inversamente proporcional a la distancia, lo mismo que en las ondas esféricas que, cuando se encuentran muy lejos de la fuente, se comportan como ondas planas.

Ondas progresivas: Cuando los frentes de onda viajan libremente transfiriendo energía.

Ondas estacionarias: Cuando una onda se encuentra limitada en un recinto, de forma que no existe transferencia neta de energía en ninguna dirección.

Cualidades del sonido

Intensidad: Sensación asociada a la forma en la que recibe el sonido el ser humano. Los sonidos pueden clasificarse en fuertes o débiles, según su intensidad sea elevada o baja. El oído humano puede detectar sonidos cuando la I es de al menos 10 -12 W/m². Sonidos con intensidad igual o superior a 1W/m² son audibles, pero provocan dolor en los oídos.

- Tono o altura: de un sonido indica si este es alto (agudo, muchas vibraciones por segundo) como el de un violín o bajo (grave, pocas vibraciones por segundo) como el de un tambor. Cuanto más baja sea la frecuencia más bajo será el tono y viceversa.

- Timbre: Permite distinguir entre dos sonidos en los que la intensidad y la frecuencia son iguales, pero que han sido emitidos por focos distintos. Normalmente, los sonidos no son puros, es decir, las ondas no son perfectamente sinusoidales sino que el resultado de varios movimientos periódicos superpuestos a la onda fundamental, que se denominan armónicos o sobretonos.