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Laboratorio de Fsica II ONDAS DE SONIDO
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERIA CIVL Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TEMA: ONDAS DE SONIDO
ALUMNO:
ROQUE CHARCA, Rosand COD: 103291
DOCENTE:
Lic. Ciro William Taipe Huaman
PRCTICA DE LABORATORIO N 04
Anjo de Deus, meu querido amigo, a quem o amor de Deus me
destina aqui; sempre neste dia esteja comigo para iluminar e
guardar, governar e guiar
GRUPO
N
208
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INTRODUCCIN
La Acstica trata el sonido bajo tres aspectos bsicos: generacin,
propagacin y
recepcin. El sonido se genera por la vibracin de un cuerpo
(slido o fluido) en un
rango de frecuencias denominado rango audible. Esta vibracin se
transmite al medio
fluido (aire, agua, etc.) que rodea a dicho cuerpo. Al vibrar el
medio, el sonido se
propaga a travs de l y es receptado por el odo (seres humanos,
animales) o por
elementos mecnicos (micrfonos). Otro aspecto, ms reciente, es
el
almacenamiento del sonido y la posibilidad de su reproduccin
automtica. En el
desarrollo de cada aspecto de la Acstica han intervenido
matemticos y fsicos
prominentes.
Tericamente, se puede calcular la velocidad del sonido partiendo
de la distancia que
recorre y el tiempo en que recorre esta distancia. En la prctica
el clculo se basa a
menudo en el intervalo de tiempo que hay entre el sonido
producido y su eco. La
velocidad del sonido es igual al doble de la distancia dividido
entre el tiempo total.
Nuestro informe del tema Ondas de sonido, responde a una serie
de preguntas de
cuestionario donde se detallan de forma precisa todas las
respuestas posibles, Como
colofn quiero agradecer al Lic. Ciro William Taipe Huaman por su
tarea motivadora
que en todos nosotros va dar buenos frutos en el rea de fsica
experimental; por
ltimo en este trabajo monogrfico hemos atendido ms a su claridad
y sencillez, que
su profundidad complicada de conocimientos.
Atte.
Rosand Roque Charca
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VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE
(Sensor de sonido)
I. OBJETIVOS:
Analizar la formacin de ondas sonoras estacionarias en
tubos.
Determinar la velocidad de propagacin del sonido en tubos.
II. FUNDAMENTO TEORICO:
La velocidad del sonido es distinta a travs de diferentes
materiales. La velocidad del
sonido depende de la elasticidad y la densidad del material. Por
ejemplo, la elasticidad
del helio es casi igual que la elasticidad del aire, pero su
densidad es mucho menor.
Como consecuencia la velocidad del sonido en el helio es unas
tres veces ms rpida
que en el aire.
En los gases, la velocidad del sonido depende de la temperatura.
En el aire, la
velocidad aumenta aproximadamente 0.60 m/s por cada grado
Celsius de aumento de
temperatura.
Tericamente, se puede calcular la velocidad del sonido partiendo
de la distancia que
recorre y el tiempo en que recorre esta distancia. En la prctica
el clculo se basa a
menudo en el intervalo de tiempo que hay entre el sonido
producido y su eco. La
velocidad del sonido es igual al doble de la distancia dividido
entre el tiempo total.
Dnde:
es la distancia recorrida de ida.
es el tiempo total.
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III. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LABORATORIO:
Software Data Studio instalado
Interface Science Workshop 750
Sensor de sonido
Cinta mtrica
Cinta adhesiva
Tubo de 4
Abrazadera, tres dedos.
IV. PROCEDIMIENTO:
Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo que est
cerrado por el otro
extremo. Utilice el sensor de sonido para detectar el sonido y
su eco.
Utilice Data Studio o Science Workshop para medir el tiempo que
transcurre entre el
sonido y su eco. Mida la longitud del tubo. Utilice la distancia
y el tiempo total para
calcular la velocidad del sonido en el aire.
1. Conecte un extremo del cable del interfaz al sensor de sonido
y el otro
extremo al canal analgico A del interfaz, encienda el interfaz y
el ordenador.
2. Active el programa Data Studio, crear experimento, haga clic
sobre el cono
aadir sensor y elija sensor de sonido.
En Data Studio, haga clic en el botn Scope Settings en la barra
de
herramientas del display Scope. Resultado: se abrir la ventana
Scope
Settings. Haga clic en el tabulador Tools e introduzca el nivel
del campo.
Haga clic en OK para regresar al display Scope.
En Science Workshop, haga doble clic en el display Campo de
accin.
Resultado: se abre la ventana de configuracin del campo de
accin. Ajuste el
nivel del campo. Haga clic en OK para regresar al display de
ajuste de campo.
Tape un extremo del tubo con cinta adhesiva. Luego instale el
equipo, segn la
figura (1).
FIGURA (1)
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Utilice un soporte y una abrazadera para montar el sensor de
sonido en el centro del
extremo abierto del tubo.
A. RECOGIDA DE DATOS
1. Mida la longitud del tubo y anote la longitud en la tabla
(1).
2. Comience la recogida de datos. (En Data Studio, seleccione
Monitor Data en
el Experiment menu. En Science Workshop, haga clic en MON,
inicio).
Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo. Lea los
resultados en el
display Campo de accin (Scope en Data Studio). Si la primera
serie de datos
no muestra el chasquido y su eco, ajuste la velocidad de barrido
en el display
Scope. Finalice la recogida de datos (haga clic en DETENER)
3. Transfiera los datos desde el display Scope.
En Data Studio, haga clic en el botn Transfer Data en la barra
de
herramientas de Scope. Resultado: se mostrar la serie de datos
bajo Data
en el Summary list.
4. Visualice los datos en la grfica.
En Data Studio, seleccione la serie de datos en el Data men.
Resultado: la
grfica muestra los datos del sonido y su eco.
En Science Workshop, seleccione Nueva grafica en el men.
Resultado: se
abre una nueva grfica. Seleccione Datos Cach, velocidad del
sonido en el
men de valores del eje Y. Resultado: La grafica muestra los
datos del sonido
y su eco.
FIGURA (2)
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V. CUESTIONARIO:
1) UTILICE LAS HERRAMIENTAS DE ANLISIS DE LA GRFICA PARA
DETERMINAR EL TIEMPO TRANSCURRIDO ENTRE EL PRIMER PICO DEL
SONIDO Y EL PRIMER PICO DEL ECO. DETERMINE LA VELOCIDAD DEL
SONIDO.
Por el esquema de nuestro experimento obtenemos la grfica
siguiente mediante el
software Data Studio, donde realizaremos los anlisis para
obtener el tiempo que
demora el sonido en ir del punto de sensor de sonido y su
retorno al mismo punto.
Todos los datos han sido tratados en el software EXCEL 2010,
software DataStudio
Para el clculo de la velocidad del sonido utilizamos la
siguiente ecuacin:
Dnde:
D es la distancia recorrida por el sonido, para nuestro caso es
igual al doble de la
longitud del tubo , y es el tiempo que demora en recorrer todo
el trayecto del
tubo dos veces.
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Con esta ecuacin obtenemos el valor de la velocidad del sonido
en el aire, adems el
tiempo total se halla con la diferencia de tiempos, as:
T1 T2
TABLA (1)
N Longitud del tubo (m) Tiempo (s) Velocidad del sonido
(m/s)
1 2,005 0,0115 348,6956
2 2,005 0,0112 358,0357
3 2,005 0,0123 326,0162
4 2,005 0,0108 371,2962
promedio 351,0109
Entonces la velocidad del sonido en el aire resulta segn nuestro
experimento:
2) COMO PUEDE UTILIZARCE UN SENSOR DE SONIDO PARA MEDIR LA
VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE?
Se pueden usar Sondas Inteligentes (SmartProbe) que combinan en
un paquete: un
sensor, un conversor de analgico a digital, un microcontrolador,
memoria para
almacenar la calibracin, un puerto serial para comunicacin, y
los circuitos para
manejar la energa. Por su diseo, son econmicas, fciles de
utilizar y poco propensas
a daos y fallas. Con estas interfaces podemos recolectar
datos.
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3) COMPARE EL VALOR EXPERIMENTAL OBTENIDO DE LA VELOCIDAD
DEL
SONIDO CON EL VALOR COMUNMENTE ACEPTADO DE 343 m/s A UNA
TEMPERATURA DE 20C
El error cometido en el laboratorio a la condicin de temperatura
de 20C es el
siguiente:
VALOR TEORICO VALOR EXPERIMENTAL DIFERENCIA ERROR ERROR (%)
343 359,0109 16,0109 0,046679 4,66790087
Resulta que el error cometido es de 4.67% el cual es aceptable
puesto que es mucho
menor al 10% lo que indica que los clculos realizados fueron en
su mayora exactos.
4) COMPARE EL EFECTO DOPLER?
El efecto Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una
onda producido por el
movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. El
cientfico neerlands
Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investig esta hiptesis en
1845 para el caso
de ondas sonoras y confirm que el tono de un sonido emitido por
una fuente que se
aproxima al observador es ms agudo que si la fuente se
aleja.
En el caso del espectro visible de la radiacin electromagntica,
si el objeto se aleja,
su luz se desplaza a longitudes de onda ms largas, desplazndose
hacia el rojo. Si el
objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda ms corta,
desplazndose
hacia el azul. Esta desviacin hacia el rojo o el azul es muy
leve incluso para
velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre
estrellas o entre galaxias,
y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo
indirectamente utilizando
instrumentos de precisin como espectrmetros. Si el objeto emisor
se moviera a
fracciones significativas de la velocidad de la luz, cuando el
cuerpo s sera apreciable
de forma directa la variacin de longitud de onda.
5) COMO CALCULARIA LA DISTANCIA A LA QUE EST UNA TORMENTA
QUE SE APROXIMA ESCUCHANDO CUIDADOSAMENTE EL SONIDO DEL
TRUENO? QUE CRITERIOS EMPLEARIA USTED?
Antes que nada debemos tener en cuenta que el sonido viaja
aproximadamente a 300
m/s (Metros por segundo), es decir avanza 300 metros cada
segundo. Por lo tanto
para calcular a la distancia que cae un rayo con respecto a un
punto (En este caso un
Oyente) debemos hacer lo siguiente:
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1. Contar el tiempo en Segundos desde que vistes aparecer el
rayo hasta que
escuchaste el trueno.
2. Ese tiempo lo emplearas en la ecuacin: X=V.T donde X es la
distancia que
queremos calcular, V es la velocidad a la que viaja el sonido
(Que es
aproximadamente 300 m/s como dijimos anteriormente) y T que es
el tiempo
que contaste anteriormente.
Ejemplo: Si en el cielo apareci un rayo y empezaste a contar
desde que lo viste
hasta que escuchaste el trueno en un tiempo de 8 segundos,
decimos que la distancia
es igual a los 8 segundos por 300 m/s (velocidad del sonido), lo
que da como resultado
que el rayo cay a 2400 metros con respecto al punto donde se
observ.
X=8s.300m/s
X= 2400m
VI. APLICACIONES EN LA INGENIERIA CIVIL:
CAMARA ANECOICA
El control de vibraciones es una materia de gran importancia en
la industria,
especialmente cuando se da la coexistencia con viviendas. A
diferencia del ruido
areo, las vibraciones se transmiten por las estructuras de las
construcciones,
alcanzando una mayor velocidad de transmisin en aquellas que son
de naturaleza
metlica. As mismo, las vibraciones no slo tienen un efecto
perjudicial sobre el odo
de la persona, sino que afectan en mayor medida al cuerpo del
receptor, como tambin
lo hace sobre los materiales por los que se transmite. El
control de las vibraciones ha
de ser tenido en cuenta tanto en los efectos producidos sobre
las personas, como en
los producidos en los materiales a ellas expuestos. En la
ejecucin de medidas
orientadas a evitar la transmisin de vibraciones, es fundamental
poder llevarlas a
cabo con anterioridad a la ubicacin de las instalaciones
ruidosas, pues la ejecucin de
medidas correctoras, una vez puesta en funcionamiento la
actividad, conlleva una
mayor complejidad debido a la imprevisin de estas medidas en el
origen, y por tanto,
debido a la falta de espacio y de otras necesidades.
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Una barrera acstica es una estructura exterior, diseada para
reducir la polucin
acstica. Es comnmente llamada pared snica o barrera de sonido.
Estos dispositivos
son mtodos efectivos de mitigacin acstica de las carreteras, y
mitigacin de
fuentes de ruidos de vas frreas e industriales (existiran otras
como el cese de la
actividad o el uso de controles de las fuentes). En el caso de
ruido de transporte de
superficie, muy poco puede hacerse para reducir la intensidad de
la fuente de ruido
(podra ser incrementando el porcentaje de vehculos hbridos y
vehculos elctricos,
una estrategia que sirve solo a bajas a moderadas velocidades de
flujo de trfico). El
uso extensivo de barreras acsticas en EE. UU. Comenzaron despus
de las
regulaciones de ruidos a principios de los 1970s.
VII. CONCLUSIONES:
La velocidad del sonido depender de la rapidez con la que cada
partcula del
medio sea capaz de transmitir en la temperatura de un medio como
es el aire.
La velocidad del sonido a la temperatura de 20C en el aire es de
359 m/s con
un error de 4.67%.
El error cometido no es tan pequeo pero es admisible dentro del
rango de
errores.
VIII. SUGERENCIAS:
Los resultados obtenidos experimentalmente no son muy variados a
los
resultados tericos, esto tal vez se debe a que en las mediciones
realizadas se
hayan utilizando sensores muy buenos.
Los instrumentos utilizados son ptimos para el aprendizaje de
determinar la
velocidad del sonido en el aire.
IX. BIBLIOGRAFIA:
[1]Alonso M. y Finn. E. J. Fisica II
[2] Leyva N. Humberto, Fsica II, Primera Edicin 1995,
Distribuidora -
Imprenta - Librera Moshera S.R.L.
[3] Ramrez S. Y Villegas R., Investiguemos Fsica, onceava
edicin, editorial
voluntad S.A. 1989. Bogot Colombia.
[4] Sears- Zemansky- Young- Freedman, Fsica Universitaria,
volumen2,
Novena Edicin, impreso en Mxico.
[5] Miguel Piaggio Henderson, Fisica con ejercicios. Edicin1998,
La Catlica
del Per.
[6] PASCO scientific, Laboratorio de Fsica con ordenador,
1998
