Práctica de Ondas Sonoras

ONDAS SONORAS
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Investigar experimentalmente las caractersticas del sonido: Propagacin a travs

del aire a temperatura ambiente
Utilizar la propiedad de resonancia de una cavidad para encontrar la longitud de
onda del sonido de un diapasn de frecuencia conocida, y luego la velocidad de
propagacin del sonido.
INTRODUCCIN:
Las ondas sonoras son ondas mecnicas longitudinales, que pueden propagarse en los
medios materiales (slidos, lquidos y gases). En el presente experimento nos vamos a
ocupar de su propagacin a travs del aire. La velocidad de propagacin v de una onda,
su longitud de onda, y su frecuencia f se relacionan a travs de la siguiente expresin:
v = f. Por tanto si podemos medir y f, podremos calcular la velocidad de
propagacin v.
PROBLEMA A RESOLVER:
Calcular experimentalmente la rapidez de propagacin del sonido en el aire, utilizando
la resonancia de una cavidad para obtener la longitud de onda del sonido de un diapasn
de frecuencia conocida
FUNDAMENTO TERICO
Una columna de aire dentro de un tubo de longitud
variable, se excita con un diapasn en el extremo abierto
como se observa en el tubo de resonancia (Figura 1). El
tubo est conectado por una manguera al recipiente R de
modo que mediante la accin de vasos comunicantes se
puede elevar o bajar el nivel de agua y con esto variar la
longitud de la columna de aire.
La onda sonora incidente, producida por el diapasn, se
refleja en el extremo cerrado; de modo que se superpone a
la onda incidente. Si la longitud del tubo es la apropiada es
posible obtener ondas estacionaras sonoras en el tubo. Estas
ondas estacionarias entran en resonancia con la onda
incidente porque son de la misma frecuencia y fase, de
modo que su intensidad y por consiguiente su volumen
aumentar significativamente durante la resonancia.
Figura 1
Figura 2
De acuerdo a la Figura 2 La longitud del tubo puede ser:

L ,3 ,5 ,..., (2n 1)
4 4 4
4
Las frecuencias propias del tubo sern:
v
v
v
v
f
,3 ,5 ,..., (2n 1)
4L 4L 4L
4L
De la ecuacin anterior se observa que las frecuencias para las que la onda sonora en el
tubo entrara en resonancia son solamente los mltiplos impares de la frecuencia
fundamental.
Si la columna de aire se excita con una frecuencia similar a la que corresponde a uno de
los modos de oscilacin de la onda estacionaria en la columna de aire, la amplitud del
sonido se ampliar significativamente, se dice que la onda en la columna de aire est en
resonancia con la fuente.
Si la frecuencia del diapasn es f la velocidad del sonido ser v = f. La velocidad del
sonido en un gas no es constante, sino que depende de la temperatura. De la ecuacin
de un gas ideal pV = nRT, o bien;
M es el peso molecular del gas que contiene el tubo (aire). M = 28.9 g/mol, = 1.4 y R
= 8.314 J/(K mol).
EQUIPO (Figura 3)
Juego de diapasones.
Tubo de vidrio T.
Recipiente R.
Manguera de conexin.
Martillo de caucho.
Vaso precipitado.
Figura 3
Experimento:
Medicin de la velocidad del sonido en el aire
.
El tubo de resonancia utilizado en esta prctica
consiste en una tubera, de unos 100 cm de largo
y unos 3 cm de dimetro interior, colocado sobre
una base que lo mantiene en una posicin vertical
y comunicado por su extremo inferior mediante
un tubo de caucho, con un depsito de agua cuya
altura puede regularse en un soporte mvil para
hacer variar el nivel de agua en el tubo resonante.
El llenado del depsito T, al estar conectado con
el recipiente R (Figura 3) puede llenarse de agua
con un vaso de precipitado poniendo el agua
directamente en R. La longitud de la columna de
aire L1 ser poca quedando est muy cercana al
extremo abierto de la tubera T.
El nivel del agua en el tubo T y en el recipiente R
siempre estn al mismo nivel, lo cual nos permite ir
variando la altura del recipiente R, variar la longitud L
del tubo.
1)
2)
Fije el diapasn cerca del extremo superior del

tubo de resonancia, de modo que, al vibrar, lo
haga segn el eje del tubo y que casi roce con el
borde del mismo.
Figura 4
Excite el diapasn golpendolo con su martillo de caucho. Mientras el diapasn

est vibrando, haga descender lentamente el nivel del agua en el tubo hasta que
se produzca la resonancia. que se reconoce porque se produce una
intensificacin del sonido, fcilmente audible, an cuando el sonido que procede
directamente del diapasn apenas lo sea.
3)
Una vez que haya determinado aproximadamente la posicin del primer punto
de resonancia, proceda a su determinacin lo ms exacta posible, unas veces
subiendo lentamente el nivel de agua y otras veces bajndolo lentamente.
Entonces anote la distancia L1 de dicho punto hasta el borde del tubo. Figura 4.
4)
Vare el nivel del agua lentamente hacia abajo mientras hace sonar el diapasn,
registre la altura para la cual se oye un aumento del volumen del sonido que sale
del tubo, este valor corresponde a la altura.
1
L1
4
5)
Proceda anlogamente a lo indicado en 2) y 3) para localizar el segundo punto

donde se encuentra resonancia. Sea L2 la distancia de dicho punto al borde
superior del tubo.
6)
Contine bajando el nivel del agua hasta encontrar el siguiente punto de

resonancia, esta altura es.
3
L2
4
7)
Registre los datos L1 y L2 en la tabla del informe de esta prctica.
8)
De la diferencia:
L2 - L1 = /2
Se tiene la longitud de onda:
= 2 (L2 - L1).
PREGUNTAS DE ENTRADA
a) Indique cul es el objetivo principal de la prctica?
b) Haga una lista de las diferentes mediciones directas e indirectas a realizar en esta
prctica.
c) Indique los instrumentos de medicin a utilizar en esta prctica y haga referencia
que cantidad fsica se va a medir.
d) Explique qu ecuaciones utilizar para realizar las mediciones indirectas de esta
prctica
e) Haga una lista de las cantidades fsicas de esta prctica e indique sus unidades en el
Sistema Internacional.
f) Cmo se transmite el sonido en el aire?
g) Explique que es resonancia?
h) Un tubo abierto de rgano musical de 3.0 m de longitud y 0.15 m de dimetro

resuena cuando se sopla contra su abertura a 20C. Cul es la frecuencia de la nota
producida?
i) Si usamos un diapasn de 440Hz. Cul ser la rapidez de propagacin del sonido en
el aire. Explique su respuesta.
j) A qu rango de frecuencia responde nuestros odos?
k) Cul es la velocidad aproximada del sonido en el aire a 20C?
l) En general, Cundo una
diapasn est vibrando?
columna de aire entrar en resonancia, mientras el
m) Haga un bosquejo de la grfica a obtener en esta prctica, indicando en los ejes

vertical y horizontal las cantidades fsicas con sus respectivas unidades en el
Sistema Internacional. Cul es el significado de su pendiente?

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Investigar experimentalmente las caractersticas del sonido: Propagacin a travs

Fije el diapasn cerca del extremo superior del

Excite el diapasn golpendolo con su martillo de caucho. Mientras el diapasn

Proceda anlogamente a lo indicado en 2) y 3) para localizar el segundo punto

Contine bajando el nivel del agua hasta encontrar el siguiente punto de

Registre los datos L1 y L2 en la tabla del informe de esta prctica.

Se tiene la longitud de onda:

h) Un tubo abierto de rgano musical de 3.0 m de longitud y 0.15 m de dimetro

columna de aire entrar en resonancia, mientras el

m) Haga un bosquejo de la grfica a obtener en esta prctica, indicando en los ejes

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