UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de Fsica

Laboratorio de Fsica III

A-L4: LONGITUD DE ONDA Y VELOCIDAD DEL SONIDO INTRODUCCIN: Como es el caso de otro tipo de ondas, con ondas sonoras tambin se pueden generar ondas estacionarias, cuyos nodos de oscilacin se presentan a distancias d = /2. En las ondas estacionarias se puede medir fcilmente la longitud de onda . En este experimento surgen ondas estacionarias por reflexin en una pared. Con tal propsito se generan ondas sonoras en todo el rango audible mediante un generador de funciones y un altavoz. Con un micrfono se estudian los mnimos de intensidad, de cuyas distancias se determina la longitud de onda y la velocidad del sonido en el aire. OBJETIVOS Detectar anti-nodos y nodos de ondas sonoras estacionarias por medio de un micrfono. Determinar la longitud de onda de las distancias entre los anti-nodos a frecuencias de excitacin diferentes f. Determinar la velocidad del sonido v en el aire. EQUIPO 1 micrfono para uso mltiple 1 altavoz de ancho de banda 1 placa de reflexin 1 generador de funciones S12 1 transformador, 6 V ~, 12 V~/30 VA 1 voltmetro, U < 3V DC f.e. 1 cinta mtrica de acero, 2m 3 bases soporte cables de conexin BIBLIOGRAFIA ALONSO M., FINN E. Fsica. Volumen I. Ed. Fondo Educativo Interamericano. RESNICK R., HALLIDAY D., Fsica, Parte I Compaa Editorial Continental S.A. TIPLER P. Fsica, editorial Revert S.A. SEARS, ZEMANSKY. Fsica. Ed Aguilar. TIPPENS, PAUL E. Fsica conceptos y aplicaciones, editorial McGraw-Hill SERWAY, RAYMOND A. Fsica. Editorial McGraw-Hill FRANCO GARCA A., Fsica con ordenador Curso Interactivo de Fsica en Internet:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/acustica/veloc_sonido/veloc_sonido.htm, http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/acustica/sonido/sonido.htm,

TEMAS PARA CONSULTAR: 9 Movimiento ondulatorio 9 Superposicin de movimientos ondulatorios. 9 Ondas sonoras estacionarias. 9 Ondas sonoras.

FUNDAMENTO TERICO La distancia entre dos anti-nodos de una onda sonora estacionaria es igual a la mitad de la longitud de onda. En trminos de la distancia d entre el primero y el n-simo anti-nodos, la longitud de onda esta dada por

12 = n

d (1)

Dada la frecuencia f de excitacin de la onda, la relacin fv = (2)

qu es generalmente vlido para las ondas, lleva a la velocidad de la onda

fn

dv1

2 = (3)

En el experimento, un altavoz que emite una onda sonora armnica (onda sinusoidal) con una frecuencia ajustable f, se pone delante de una pared plana reflectora a una distancia bastante grande para que la onda sea aproximadamente plana cuando llegue a la pared. Como resultado de la reflexin en la pared, una onda viajera inversa se genera, la que interfiere con la onda entrante para formar una onda estacionaria. Para la deteccin de la onda estacionaria se usa un micrfono, la seal de salida rectificada es medida con un voltmetro. PROCEDIMIENTO Nota: Las reflexiones de las ondas sonoras en objetos en la vecindad y en el experimento as como las posibles ondas sonoras de los experimentos vecinos pueden distorsionar las ondas sonoras estacionarias que sern observadas por interferencia. Coloque el arreglo experimental en ambientes que estn tan libres como sea posible y, si es necesario, escude el experimento, por ejemplo, con tela absorbente al sonido. El arreglo experimental se ilustra en la Fig. 1.

Fig. 1 arreglo experimental para la determinacin de la longitud de onda de ondas sonoras estacionarias (vista superior): a altavoz de ancho de banda con el generador de funciones; b el micrfono multiuso mltiple con el voltmetro; c placa de reflexin.

Ponga el altavoz de ancho de banda delante de la placa de reflexin a una distancia de aproximadamente 1.5m; conecte el altavoz al generador de funciones (modo: sinusodial, rango de frecuencia: kHz) y grelo hacia la placa de reflexin.

Conecte el micrfono para uso mltiple (modo": =") al voltmetro (midiendo el rango: 3 V -); el lugar cerca de la lnea de conexin entre el altavoz de ancho de banda y la placa de reflexin y se gira hacia la placa de reflexin.

Ponga el generador de funciones a la frecuencia de excitacin f = 9 kHz. Encienda el micrfono y el voltmetro, y use el micrfono para encontrar un mximo de voltaje. Ajuste el volumen variando la amplitud de salida del generador de funciones para que el despliegue no exceda 3 V. Mueva el micrfono lejos de la pared; anote los mximos y mnimos de voltaje, y marque las posiciones de los mximos de voltaje. Mida la distancia d entre el primero y el n-simo mximo con la cinta mtrica de acero y regstrelo. Repita la medida a las frecuencias

7, 5, 3, 2 y 1 kHz. Pregunte al instructor cul es el valor de la temperatura ambiente en el laboratorio y antelo. ANLISIS E INTERPRETACIN DE DATOS 1. Complete la tabla con los valores medidos para la distancia d entre el primero y el n-simo anti-nodo, la longitud de onda resultante

ecuacin (1) y la velocidad de la onda v, ecuacin (3) como funciones de la frecuencia de excitacin f. f [kHz] n d[cm] [cm] v[m/s]

1

2

3

5

7

9 2. Describa como se produce la onda estacionaria en el experimento realizado. Qu caracteriza a una onda estacionaria? 3. Haga una grfica de versus f. Cmo es la relacin entre la longitud de onda y la frecuencia f? Analice la grfica 4. Haga una grfica de v versus f. Cmo es la relacin entre la velocidad del sonido v y la frecuencia f? Analice la grfica 5. Haga una grfica de versus 1/f. Ajuste la grfica a una lnea recta y calcule la pendiente, cul es el significado fsico de esta? 6. Compare el valor promedio de la velocidad (o la pendiente de la ltima grfica) con el valor terico aceptado para el sonido en el aire a

la temperatura ambiente del laboratorio. ( )( )( )smCTTv o6,05,33105.20 += OBSERVACIONES CONCLUSIONES