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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

Verificación de la velocidad del sonido por medio de simulación Alejandro Monroy, Elisamuel Valera, JJhonny Cervantes, Snaider Cantillo1 Ingeniería Electrónica, Laboratorio de Ondas y óptica

Resumen En el presente informe, se pretende observar el fenómeno del sonido que se propaga como una onda, este posee una velocidad de fase, correspondientes de una onda sonoras en un medio, que su velocidad de propagación depende de las características del medio y no de la características de su onda o la fuerza que la genere, para esto se utilizó una simulación en la cual se tomó con un metro la distancia que recorría nuestra onda y un cronometro para calcular el tiempo que tardaba en recorrer dicha distancia, al ser una simulación se consideran valores ideales para el medio. Palabras claves Sonido, Ondas, Velocidad Abstract In this report, the aim is to observe the phenomenon of sound that propagates as a wave, it has a phase velocity, corresponding to a sound wave in a medium, whose propagation speed depends on the characteristics of the medium and not on the characteristics of its wave or the force that generates it, for this a simulation was used in which the distance traveled by our wave was taken with a meter and a stopwatch to calculate the time it took to travel said distance, being a simulation, they consider ideal values for the medium.

se trasmite en un medio, podemos fijarnos durante una tormenta eléctrica, primero vemos el destello de luz, y posteriormente escuchamos el sonido; una misma fuente que genera la perturbación, la información de la luz viaja más rápido que la información del sonido. Otro ejemplo muy común es el antiguo juego de “teléfono” donde se toma vasos desechables, y un hilo, conectados en sus extremos con vasos, podríamos hablar y nuestra voz se transmite por medio del hilo.

INTRODUCCIÓN En los fenómenos ondulatorios el sonido es uno de los más importantes al igual que la luz; ambos son vibraciones que se propagan en el espacio. Sin embargo, estos dos fenómenos difieren grandemente en algunos puntos. El sonido es producido por vibraciones de objetos materiales. En un piano, violín o una guitarra, o nuestra voz, que son vibraciones de las cuerdas vocales corresponde a fuentes que producen sonidos. Entonces podemos decir que el sonido es una propagación de vibraciones a través de un medio material sólido, liquido o gaseoso. Si no existe un medio no existiría una perturbación, por lo tanto, el sonido no existiría, a este tipo de ondas se conocen como ondas mecánicas, siendo el sonido el ejemplo más claro de este tipo de ondas. Por lo general el sonido tiene como medio de propagación el aire; pero un material solido como una cuerda puede trasmitir el sonido, un gas o un líquido, pero cada uno de estos medios, debido a su elasticidad, hace que la velocidad cambie, es decir que la velocidad del sonido depende del medio en el cual se transmita. Un ejemplo muy práctico del sonido como una onda que posee una velocidad y que

La rapidez del sonido depende de las condiciones del viento, la temperatura y la humedad. No depende de la intensidad ni de la frecuencia del sonido; todos los sonidos se propagan con la misma rapidez. La rapidez del sonido en aire seco a 0 °C es, aproximadamente, de 330 metros por segundo, es decir, casi 1,200 kilómetros por hora (un poco más que un millonésimo de la rapidez de la luz). El vapor de agua en el aire aumenta un poco esta rapidez. El sonido se propaga con más rapidez en el aire cálido que en el aire frío. La propagación del sonido en un medio

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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA determinado sirve para estudiar algunas propiedades físicas del medio de transmisión. El hecho de que las ondas de sonido varíen ante los cambios de temperatura, se debe a que un aumento de la temperatura es traducido en que aumenta la frecuencia con que se producen la interacción entre las partículas que se encargan de transportar la vibración y el aumento de actividad hasta que aumente la velocidad de sonido. Sin embargo, hay que mencionar que la velocidad del sonido es mayor en los medios sólidos que en los medios líquidos.

medio; si éste es un líquido o un gas y tiene un módulo volumétrico B y densidad S, la rapidez de las ondas sonoras en dicho medio es

La rapidez del sonido también depende de la temperatura del medio. La relación entre la rapidez de la onda y la temperatura del aire, para sonido que viaja a través del aire, es donde 331 m/s es la rapidez del sonido en aire a 0°C y TC es la temperatura del aire en grados Celsius. Con esta ecuación, uno encuentra que, a 20°C, la rapidez del sonido en el aire es aproximadamente 343 m/s a una temperatura conocida como ambiente.

OBJETIVOS Objetivo General Verificar por medio de simulación la velocidad del sonido

MARCO TEÓRICO El sonido corresponde a una perturbación en el espacio, es decir que corresponde lo que conocemos como una onda mecánica, sabiendo que una onda mecánica es aquella que necesita un medio físico para su propagación. Ellas viajan a través, donde su velocidad depende del medio donde se propague.

Las ondas sonoras se dividen en tres categorías que cubren diferentes intervalos de frecuencia. 1) Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano. Es posible generarlas en una variedad de formas, como de instrumentos musicales, voces humanas o bocinas. 2) Las ondas infrasónicas tienen frecuencias por abajo del intervalo audible. Los elefantes usan ondas infrasónicas para comunicarse mutuamente, aun cuando estén separados por varios kilómetros. 3) Las ondas ultrasónicas tienen frecuencias por arriba del alcance audible. Es posible que usted haya usado silbatos “silenciosos” para llamar a su perro. Los perros escuchan el sonido ultrasónico que emite este silbato, para los humanos es imposible detectarlo. Las ondas ultrasónicas también se usan para la formación de imagen médica.

Figura 1: Onda mecanica

Si el medio es el aire entonces a medida que las ondas sonoras viajan a través del aire, los elementos del aire vibran para producir cambios en densidad y presión a lo largo de la dirección del movimiento de la onda. Si la fuente de las ondas sonoras vibra sinusoidalmente, las variaciones de presión también son sinusoidales. La descripción matemática de las ondas sonoras sinusoidales.

Al ser el sonido una onda cumple con las propiedades correspondiente al fenómeno, es decir que va a tener una longitud de onda, una amplitud, un periodo y una frecuencia, además de tener unas propiedades medibles como la

La rapidez de las ondas sonoras en un medio depende de la compresibilidad y la densidad del

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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA intensidad, medidas en decibles y la potencia, que determinan a grandes rasgos el sonido audible. Además, aplicando las ecuaciones de la cinemática y conociendo que la velocidad de un pulso generado de sonido que viaja en una dirección, recorriendo determinado espacio, en un intervalo de tiempo dado cumple la ecuación de movimiento bajo el modelo de una partícula

TABLA DE RESULTADOS

la siguiente tabla muestra los resultados de la practica

Tabla 1: valores de la velocidad del sonido

Distanci a (m) 3,922 3,328 2,614

Materiales y Procedimiento La práctica fue completamente simulada, para lo cual se requirió un computador, con acceso a internet para ingresar al siguiente simulador: https://phet.colorado.edu/sims/html/wavesintro/latest/waves-intro_es.html. Procedimos a configurar la simulación de la siguiente manera, seleccionamos en el simulador el correspondiente a ondas de sonido, se seleccionó el modo pulso; se ajusta la distancia con una cinta métrica interactiva variando la longitud hasta nuestro receptor, configurando el cronometro en un estado inicial t=0s, iniciamos la simulación y tomamos el tiempo en que el pulso se desplaza del valor dado por la cinta métrica y el receptor; esta practica la repetimos 3 veces tomando los valores de tiempo correspondientes. En la figura 2 vemos el procedimiento.

tiempo Velocidad (ms) 1,14E-02 3,45E+02 9,11E-03 3,65E+02 7,24E-03 3,61E+02

error 5,66E-01 6,51E+00 5,26E+00

CONCLUSIÓN Los valores obtenidos mostrados en la tabla 1, corresponden a los simulados en la práctica, se observa que el error mas bajo fue en la primera medición con un aproximado de 0.5%, para los otros valores sus errores fueron notablemente mayor. No podemos decir que corresponden a efectos ambientales, pues al ser simulados, el software toma valores ideales, lo cual estimamos que son de temperatura ambiente, que es el del valor comparado o valor que denominamos real de 343m/s. por lo tanto estos errores corresponde al desface en el tiempo para activar el cronometro. Pero para efectos prácticos, se realizó la practica satisfactoriamente logrando el objetivo.

Figura 2: Simulación

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Bibliografía 1.

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