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• DANIEL FELIPE HENAO FLOR

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HOJA DE DESARROLLO LABORATORIO DE FISICA II

Fecha: 14 de Julio de 2020

VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE Integrantes: (1)Ludwing Fernández Carvajal (2)Daniel Felipe Henao (3)Henry Arturo Gonzales PROCEDIMIENTO Para este laboratorio, se utilizará el siguiente link para realizar la toma de datos: http://physics.bu.edu/~duffy/HTML5/speed_of_sound.html#:~:text=Tuning%20fork%3A,the%20tube%20ca n%20be%20adjusted.

1. Con el tubo sonoro parcialmente lleno de agua, ponga el generador de señales a una frecuencia dada (por ejemplo 512 Hz) y coloque el parlante en el extremo abierto del tubo como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Montaje experimental para determinar la velocidad del sonido.

2. Coloque el nivel del líquido en el punto alto (ver figura 1). Encienda el generador de señales y baje suavemente el depósito con agua y determine los puntos consecutivos donde ocurren los antinodos a medida que el nivel de agua en el tubo desciende. Estos puntos se detectan fácilmente porque en ellos se encuentra el sonido más intenso. Marque en el tubo cada uno de esos puntos.

PARTE 1: Para este experimento se usará una frecuencia de 512 Hz 1. Determine los puntos encontrados y mida la distancia entre el borde del tubo y cada uno de ellos, estas distancias se denominaran 𝐿1 , 𝐿2 , 𝐿3 . Con la ecuación (4) del marco teórico determine la longitud de onda y complete la Tabla 2, anote los datos en la Tabla 1.

Frecuencia 512 Hz

ƛ (m)

L (m)

𝒗 = 𝒇 ∗ ƛ (m/s)

Armónico n 1

L1 = 0,17 m

ƛ 1 = 0,68 m

𝒗 1 = 348,2 m/s

2

L2 = 0,50 m

ƛ 2 = 0,67 m

𝒗 2 = 343,0 m/s

3

L3 = 0,84 m

ƛ 3 = 0,67 m

𝒗 3 =343,0 m/s

ƛprom = 0,67 m

𝒗 prom = 344,7 m/s

Tabla 1. Registro de Datos.

2. Con los resultados anteriores, determine la velocidad del sonido para cada uno de los armónicos y determine un valor promedio, el cual corresponde al valor experimental. 3. Calcule la velocidad teórica del sonido en el aire, tomando la temperatura como 25 ºC 𝑣 = 331 𝑚/𝑠√1 +

𝑇𝑐 273°𝐶

Entonces 𝑣 = 345,8 m/s

4. Calcule el porcentaje de error del valor de la velocidad calculado. %𝑬𝒗 = |

𝒗𝐭𝐞𝐨𝐫𝐢𝐜𝐨 −𝒗𝐞𝐱𝐩𝐞𝐫𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐥 𝒗𝐭𝐞𝐨𝐫𝐢𝐜𝐨

| × 𝟏𝟎𝟎 = 0,3 %

PARTE 2: Para este experimento se usará una frecuencia de 660 Hz 1. Repita el mismo procedimiento de la parte 1, y complete la Tabla 2. Frecuencia 660 Hz

L (m)

ƛ (m)

𝒗 = 𝒇 ∗ ƛ (m/s)

Armónico n 1

L1 = 0,13 m

ƛ 1 = 0,52 m

𝒗 1 = 343,2 m/s

2

L2 = 0,39 m

ƛ 2 = 0,52 m

𝒗 2 = 343,2 m/s

3

L3 = 0,64 m

ƛ 3 = 0,51 m

𝒗 3 = 336,6 m/s

ƛprom = 0,52 m

𝒗 prom = 341,0 m/s

Tabla 2. Registro de Datos.

2. Calcule el porcentaje de error del valor de la velocidad calculado. %𝑬𝒗 = |

𝒗𝐭𝐞𝐨𝐫𝐢𝐜𝐨 −𝒗𝐞𝐱𝐩𝐞𝐫𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐥 𝒗𝐭𝐞𝐨𝐫𝐢𝐜𝐨

| × 𝟏𝟎𝟎 = 1,39%

Analice las causas de error involucradas en esta práctica:  Una de las posibles causas de error es el trabajar con números tan altos ya que una centésima puede hacer variar en grandes proporciones el resultado  También tenemos en cuenta que el software empleado no nos dios los valores necesarios en el primer experimento y tuvimos que inferir el ultimo resultado. Preguntas para el análisis

1. Utilizando la ecuación (3) del marco teórico, resuelva el siguiente ejercicio:

a. Calcular la velocidad de propagación de la onda sonora en el aire si el módulo de compresibilidad de este medio es 1,42×105 Pa y la densidad es 1,29 kg/m3. R= 𝑉=√

1,42 ∗ 105 Pa = 3,3 ∗ 102 𝑚/𝑠 1,29𝑘𝑔 𝑚3

b. Calcular la velocidad de propagación de la onda sonora en el agua dulce si el módulo de compresibilidad de este medio es 2,22×109 Pa y la densidad es 1000 kg/m3. R= 𝑉=√

2,22 ∗ 109 Pa = 1,5 ∗ 103 𝑚/𝑠 1000𝑘𝑔 𝑚3

Por qué la velocidad del sonido es mayor en el agua que en el aire: Esto se debe a la densidad del medio por donde se va a transportar la onda, mientras mayor cohesión halla entre las partículas de este medio, más rápido será la propagación del sonido a través de este, de ahí se entiende que la velocidad de propagación es mayor en los sólidos que en los líquidos y a su vez es mayor en los líquidos que en los gases, determinando que en el agua es mayor la velocidad del sonido que en el aire. 2. El sonido se mueve más rápido en el aire caliente que en el frío. Qué sucede con la velocidad del sonido cuando el aire caliente es menos denso que el frío. Expliqué: R= a mayor densidad de la materia por donde se propague el sonido, mayor será su velocidad. Pero, también, decimos que la velocidad del sonido en el aire varía en función de su temperatura, esto se puede explicar con la ley de los gases ideales de esta forma: Ecuación:

Donde la densidad (p), es inversamente proporcional a la temperatura (T). Así, a mayor temperatura, menor será la densidad del gas (en este caso aire) y, por tanto, menor la velocidad de propagación del sonido en él.

3. Algunos cantantes pueden romper un vaso de cristal al mantener cierto tono de voz. ¿Cómo se puede explicar este fenómeno? R= Un cristal es una estructura capaz de oscilar. Esa oscilación es lo que produce el característico sonido de campana. La oscilación se produce siguiendo una cadencia denominada frecuencia de resonancia que determina la nota a la que suena. La frecuencia tiene una amplitud máxima, el punto de mayor recorrido al oscilar. La clave para romper el cristal con la voz es averiguar la frecuencia a la que resuena y tratar de replicarla haciendo un sonido lo más parecido y sostenido posible. Si se logra hacer oscilar el cristal lo suficiente, llegará un momento en el que no pueda soportar la tensión y se rompa

CONCLUSIONES Redacte tres conclusiones derivadas de esta práctica.  



Determinamos que las condiciones para obtener los armónicos en un tubo sonoro al hacer resonancia con un diapasón en vibración, son la longitud del tubo (cuando se produce la resonancia) y la frecuencia el diapasón. Dentro de la práctica realizada se logró determinar la velocidad del sonido en el aire a partir de la Simulación de ondas estacionarias dentro de un tubo sonoro, donde los antinodos presentaban la amplitud máxima de la onda y por consecuencia una compresión del sonido en el aire, al lograr observar esto y con la obtención de datos, se visualizó que la frecuencia era directamente proporcional al número de nodos obtenidos, puesto que al aumentar la frecuencia las longitudes de ondas eran más pequeñas y se creaba mayor número de nodos dentro de una longitud determinada; llevando a cabo que la velocidad de propagación del sonido en el aire experimentalmente dependiera directamente del comportamiento de la frecuencia que estuviera y su longitud de onda que está relacionada con las dilataciones (nodos) o compresiones (antinodos) que presenta el sonido, que estos a su vez son directamente proporcionales, a diferencia de la velocidad teórica que depende directamente de la temperatura en el ambiente; por ultimo teniendo en cuenta estos aspectos se determinó la velocidad experimental a partir de la relación de frecuencia. En la práctica se concluyó que la velocidad del sonido en el aire mediante la resonancia de un tubo sonoro fue de 344,7 m/s y 341,0 m/s para las frecuencias 512 y 660 Hz respectivamente.