UNA - PUNO 2011
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
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