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TUBO DE RUBENS

UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

INFORME DE INVESTIGACION “EL TUBO DE RUBENS”

CURSO: FICA CALOR DE ONDAS CICLO - III

AUTORES:  NECIOSUP RIOS, Pedro Jesús Fernando.  MENA RODRÍGUEZ, Kevin.  VÁSQUEZ BAZÁN, Brian.  MENDOZA VIERA, Joseph.  RODRÍGUEZ ÁVALOS, José.  IDROGO CRUZADO, Wilmer.

ASESOR DOC. JORGE LUIS RONDO VÁSQUEZ TRUJILLO - PERU 2013 PROYECTO INTEGRADOR

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DEDICATORIA Para

Dios

quien

nos

brinda

sabiduría, fuerza y salud para poder seguir en busca del conocimiento,

sabiendo que Él es el más sabio en todo el universo. Para

nuestros

padres

por

la

comprensión y la confianza puesta en

cada

uno

de

nosotros

y

brindarnos el apoyo necesario para la

culminación

satisfactoria

del

proyecto realizado.

Para nuestro asesor el Lic.Jorge Luis rondo Vásquez por el apoyo y dirección para

ejecutar la

investigación y hacer posible el contribuir con nuestra Formación tecnológica. LOS AUTORES

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AGRADECIMIENTO

A nuestros padres por darnos la

vida y apoyarnos en todo lo que nos

hemos

propuesto

durante

nuestra educación universitaria.

A

nuestros

comparten

con

maestros nosotros

que sus

conocimientos para convertirnos en unos excelentes profesionales.

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PRESENTACION Señor profesor del curso de física mecánica eléctrica de la Universidad cesar Vallejo ante Ud. Se presenta el informe que lleva por título: “Tubo de Rubens” proyecto realizado por alumnos de

la facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad

César Vallejo-Trujillo-2012” Con el objetivo de demostrar que cuando el sonido se propaga a través del aire

genera diferencias de presión; el sonido consiste en un movimiento ondulatorio producido en un medio elástico por una fuente de vibración. La onda es mecánica de tipo longitudinal cuando el medio elástico en que se propaga el sonido es el aire y se regenera por variaciones de la presión atmosférica por, sobre y bajo el valor normal, originadas por la fuente de vibración.

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“TUBO

DE

RUBENS”

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RESUMEN:

Este grupo de estudiantes se propuso a elaborar El tubo de Rubens cual es un aparato que nos muestra las variaciones de presión en forma de onda transversal, visualizadas a través del gas propano. Además probar el gas tiene zonas en que la onda es más larga ya que recibe presión de la onda y otras, zonas donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. Estas llamas nos dibujan la longitud y la frecuencia de la onda. En conclusión podemos decir que cuando el sonido viaja a través del aire genera ondas de presión, las cuales pueden ser representadas en el tubo de Rubens - Abstract: This group of students was proposed to develop Rubens tube which is a device that shows the pressure variations in the form of transverse wave, seen through the propane gas. Besides testing the gas has areas where the wave is longer because it receives wave pressure and others, areas where the wave is not pressed and barely visible flame. These flames we plotted the length and frequency of the wave. In conclusion we can say that when the sound travels through air pressure waves are generated, which can be represented on the tube Rubens

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ÍNDICE:

ÍNDICE: ..................................................................................................................................... 7 1.-INTRODUCCIÓN: ................................................................................................................ 8 ...................................................................................................................................................... 1.1.- PROYECTO ELABORACION DE PROTOTIPO TUBO DE RUBENS: .............. Error! Bookmark not defined. CAPÍTULO I .............................................................................................................................. 9 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ........................................................................................ 9 3.-PROBLEMA: ....................................................................................................................... 10 3.1.-realidad problemática: ....................................................................................................... 10 4.-OBJETIVOS: ....................................................................................................................... 10 4.1.-objetivo general: ................................................................................................................ 10 4.2.-objetivos específicos: ........................................................................................................ 10 CAPÍTULO II............................................................................ Error! Bookmark not defined. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................ Error! Bookmark not defined. 5.-HISTORIA: ........................................................................... Error! Bookmark not defined. 6.- MARCO TEORICO:………………………………………………………………………13 7.- DESARROLLO:…………………………………………………………………………………………………………….17 7.1 MATERIALES…………………………………………………………………………17 7.2 ELABORACION………………………………………………………………………17 …………………………………………………………………………………………….....18 8.- RESULTADOS: …………………………………………………………….....................19 9.- CONCLUSIONES: ………………………………………………………………………20 10. BILIOGRAFIA: ………………………………………………………………………….21 11. LINKOGRAFIA: …………………………………………………………………………22

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1.-INTRODUCCIÓN: En la Facultad de Ingeniería de la “Universidad César Vallejo”, se lleva la asignatura de física calor de ondas, en el cual los alumnos del III CICLO se unieron para realizar el proyecto “TUBO DE RUBENS”. En este proyecto pretendemos hacer interaccionar la presión de un gas con la presión que ejerce el sonido dentro de un tubo metálico y observar la forma de onda que genera diferentes canciones. Para esto necesitamos primero ver como es la forma de onda de una canción en un reproductor y después con un violín y una guitarra, de esta forma será posible tener un marco de referencia diferente al que siempre usamos: nuestros oídos, pero ahora con la combustión de un gas el efecto será visual y dese luego se formaran ondas estacionarias al rebotar el sonido en uno de los extremos. El sonido es una onda mecánica y, por este motivo, requiere de un medio para propagarse cuestión que omite el cine, salvo “2001. Una odisea del espacio”. Además, es longitudinal y, por ello, también se conoce por onda de presión, debido a que cuando viaja por un fluido como el aire genera diferencias de presión. En la educación científica que se recibe se habla de estas ondas y a lo sumo se muestra un applet que las simula, pero lo que es percibirla con los ojos nunca. El proyecto que se desarrolla tiene la intención de advertir la posibilidad de dar a conocer los entresijos de una onda mecánica, siendo necesario emular a Rubens. Rubens construyó un tubo que recibe su nombre. El tubo de Rubens es un simple aparato que es capaz de ilustrar las variaciones de presión que provoca una onda longitudinal por medio de una transformación a una forma de onda transversal, visualizada gracias a movimiento de las partículas del gas propano o butano debido al sonido. El artilugio es un tubo con pequeñas perforaciones que permite la salida del gas que se introduce por una de las aberturas y por la otra se expone al sonido por medio de una membrana elástica. El sonido provocará en el gas la aparición de zonas que tendrán mayor concentración de gas dando lugar a unas llamas más altas y vivas que otras, zonas donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. Estas llamas nos dibujan la longitud y la frecuencia de la onda sonora

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CAPÍTULO I PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

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3.-PROBLEMA:

3.1.-realidad problemática:

Diseñar un prototipo que me permita ver las ondas sonoras de diferentes amplitudes y frecuencias con la presión del gas (encerrado en un tubo de 1inch).

4.-OBJETIVOS:

4.1.-Objetivo general:



Dar a conocer al público en general el funcionamiento de las ondas mecánicas de la naturaleza longitud, mostrando su comportamiento en las llamas q salen de acuerdo al tipo de sonido o música q sea emitido

4.2.-Objetivos específicos:  Recopilar la suficiente información para la correcta construcción del tubo de Rubens.  Demostrar a los estudiantes de la Universidad César Vallejo una manera más didáctica de aprender experimentalmente la formación de las ondas.

 Mostrar los distintos niveles de intensidad de las ondas variando el tipo de sonido.

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CAPITULO II: FUNDAMENTOS TEORICOS 5. HISTORIA:

John Le Conte en 1858 descubrió que las llamas fueron sensibles al sonido. En 1862 Rudolph Koenig puso de manifiesto que la altura de la llama podría verse afectada por la transmisión de sonido en el suministro de gas, y el cambio a medida que pasa el tiempo se pudo mostrar con espejos en rotación. August Kundt , en 1866, demostró una acústica onda estacionaria mediante la colocación de semillas de licopodio o corcho polvo en un tubo. Cuando un sonido se presentó en el tubo, el material del interior se alineó en los nodos y los vientres de acuerdo con la oscilación de la onda, creando una onda estacionaria. Más tarde ese mismo siglo, Behn mostraron que pequeñas llamas podrían utilizarse como indicadores sensibles de presión. Por último, en 1904, utilizando estos dos descubrimientos importantes, Heinrich Rubens , a quien se nombra después de esta experiencia, tomó un metro de largo tubo de 4 y perforado 200 agujeros pequeños en ella en intervalos de 2 centímetros, y lo llenó de un gas inflamable. Después de encender el gas (cuyas llamas se levantaron todos a igual altura de cerca), señaló que un sonido que se produce en un extremo del tubo crearía una onda estacionaria, lo que equivale a la longitud de onda del sonido que se está hecho.

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MARCO TEORICO: El tubo de Rubens fue construido en 1904; funciona mediante el choque de las ondas sonoras y la presión que el gas ejerce sobre las mismas y esto provoca que las llamas sean visibles, dependiendo de la frecuencia de la música, la altura de las mismas va a variar. Para esto partiéremos del siguiente diagrama conceptual sobre nuestro experimento.

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El sonido es una perturbación que hacemos a un determinado medio físico (como aire, agua, metal, etc.) de tal modo que lo que producimos en él es una onda mecánica de naturaleza longitudinal. En el caso del aire son las partículas que lo componen las que vibran, y la frecuencia y amplitud de esta vibración dependerán de la fuente sonora que las está produciendo. Así por ejemplo cuando tocamos la cuerda de una guitarra, ésta comienza a vibrar y es esa vibración la que perturba el medio que lo rodea (aire en este caso). Entonces la cuerda vibrante perturba a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas oscilar con la misma. En otras palabras, lo que hace la cuerda es Modificar la densidad del aire, lo hace oscilar, y esta perturbación se transmite como una onda longitudinal por todo su rededor, provocando que la concentración de partículas gaseosas varíe en el tiempo mientras pasa por ahí la onda sonora. Acústica: Parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con el sonido. Onda: Es una perturbación que se propaga y transmite solamente movimiento y energía sin la necesidad de transmitir masa y partículas. Tiene cuatro elementos: cresta, valle, amplitud y longitud de onda Los elementos de una Onda son:

Onda sonora: Onda longitudinal que se produce por hacer vibrar los cuerpos y es captada por el oído.

Un diapasón y su forma de onda sonora en la parte de abajo se visualiza una onda estacionaria

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Sonido: Onda longitudinal que se puede transmitir en medios gaseosos, líquidos y sólidos; tiene tres cualidades: intensidad (energía de vibración), tono (agudo/grave) y timbre (diferencia a sonidos del mismo).

En esta tabla encontramos la velocidad del sonido en diferentes medios, pero cuando aumenta la temperatura estos valores cambian.

Onda estacionaria: se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio. Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia, pero con diferente sentido, a lo largo de una línea con una diferencia de fase de media longitud de onda. Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.

Elementos de una onda estacionaria:

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

Frecuencia: Número de oscilaciones que se dan por unidad de tiempo en cualquier movimiento periódico.



Gas: Estado de agregación de la materia en la que las fuerzas intermoleculares son demasiado débiles.



Hertz: Unidad de medida de frecuencia en el sistema internacional de unidades (SI), equivale al número de oscilaciones que se producen durante 1 segundo en un movimiento periódico.



Onda transversal: Onda en la cual la dirección de oscilación de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la misma. Presión: Es la fuerza aplicada sobre alguna superficie o área, de tal manera que ambos son perpendiculares.



7. DESARROLLO. 7.1 MATERIALES: - Un tubo de 90 cm - Tres brocas de 1/16 - Un embudo de aluminio - Taladro - Una manguera de gas 1/ 2 pulgada - Una bocina (cable conector para el reproductor de música, aro de metal resistente al calor y tiene una resistencia de 4ohms) - Una conexión para la manguera de gas - Un reproductor de Música - Silicón industrial

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7.2 ELABORACION. 1.1Colocar sobre la tabla el tubo, esta servirá como base para poder sostenerlo. 2.1 Empezar a hacer las mediciones al tubo para que sea perforado (cada hoyo, tiene una distancia de separación de 1 cm).

3.1 Con el taladro y la broca, empezar a perforar el tubo.

4.1 Una vez perforado, se debe ajustar la bocina al embudo, de tal forma que la bocina quede más o menos al tamaño del mismo (esto se hace con la finalidad de que no haya fugas del sonido y del gas) y así mismo, se procederá a ajustarlo.

5.1 Del otro extremo abierto, se coloca una conexión a la manguera de gas(campana), esta se ajusta al extremo del tubo.

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6.1 Conectar a la bocina el reproductor de música.

7.1 Ya que todas las conexiones del lado del sonido estén seguras, liberar el gas LP (poco a poco) y prender fuego con un cerillo o encendedor. Conectar el violín y la guitarra al reproductor de música, empezar a tocar las piezas musicales.

8. RESULTADOS. 

El tubo se divide en 2 partes: agudo y grave (no por ser agudo ni grave se determinará si sale más grande o chica la llama, todo depende de la misma música).



El fuego musical funciona como una especie de visualizador de la longitud de ondas que transporta el sonido.

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9. CONCLUSIONES:  Las ondas longitudinales que se propagan a lo largo del tubo de 90 cm, se reflejan en sus extremos de forma análoga como se observa en una onda transversal con el resorte en sus extremos. La interferencia entre las ondas que se propagan en sentidos opuestos originan ondas estacionarias. Si la reflexión tiene lugar en un extremo cerrado necesariamente estos puntos serán los nodos, por lo que forzosamente los agujeros superiores del tubo funcionan como vientres de un instrumento musical.

 Existen compresiones y expansiones del aire, en este caso se pueden observar a través del gas contenido en el tubo y en las intensidades de la flama .Las variaciones de la presión del gas son máximas en los nodos, por lo que la densidad de las moléculas del gas van cambiando en cada instante en que la presión en los nodos en máxima o mínima y por esto vemos en la combustión los cambios en la intensidad de la flama.

 La existencia de un medio comprensible da lugar al sonido; en este prototipo, gracias a la combustión del gas LP con el fuego, se puede identificar las variaciones que tiene cada tipo de música.

10. BIBLIOGRAFIA. PROYECTO INTEGRADOR

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TUBO DE RUBENS  Álvarez Alvarenga Beatriz y Máximo, Física General, Oxford (2007)  Hewitt Paul, Física Conceptual, Prentice Hall, 2009.  Sears Zemansky, Física General, Aguilar, 1974.

11. LINKOGRAFIA:  http://www.fisicanet.com.ar/fisica/sonido/ap03_sonido.php  http://www.tugasplus.com/quees.htm  http://acusticaweb.com/blog/curiosidades/91-el-tubo-de-rubens.html  http://zeth.ciencias.uchile.cl/tallerdefisica/pagexp/tuborubens.html  http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/concytip.htm

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