F=nv/4L para n impar en el tubo cerrado

INSTITUCION EDUCATIVA "CENTRO DE INTEGRACION POPULAR"
AÑO LECTIVO 2010
AREA DE FISICA II
GUIA No. 1
ESTUDIO DE FUENTES SONORAS
Los tubos de caña o de otras plantas de tronco hueco, constituyeron los primeros
instrumentos musicales. Emitían sonido soplando por un extremo. El aire contenido
en el tubo entraba en vibración emitiendo un sonido.
Las versiones modernas de estos instrumentos de viento son las flautas, las trompetas
y los clarinetes, todos ellos desarrollados de forma que el intérprete produzca muchas
notas dentro de una amplia gama de frecuencias acústicas.
Sin embargo, el órgano es un instrumento formado por muchos tubos en los que cada
tubo da una sola nota. El órgano de la sala de concierto de La Sydney Opera House
terminado en 1979 tiene 10500 tubos controlados por la acción mecánica de 5
teclados y un pedalero.
El tubo de órgano es excitado por el aire que entra por el extremo inferior. El aire se
transforma en un chorro en la hendidura entre el alma (una placa transversal al tubo) y
el labio inferior. El chorro de aire interacciona con la columna de aire contenida en el
tubo. Las ondas que se propagan a lo largo de la corriente turbulenta mantienen una
oscilación uniforme en la columna de aire haciendo que el tubo suene.
Ya hemos visto en una página de este capítulo como son las ondas estacionarias en la
cuerda. Ahora veremos las ondas estacionarias que se producen en los tubos abiertos o
cerrados por un extremo
Tubos abiertos
Si un tubo es abierto el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos. En la figura se representan los tres primeros
modos de vibración
Como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda. Si la longitud del tubo es L, tenemos que
L= /2, L= , L=3 /2, ... en general L=n /2, n=1, 2, 3... es un número entero
Considerando que  =vs/ (velocidad del sonido dividido la frecuencia)
Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula
F=nv/2L para el tubo abierto.
Tubos cerrados
Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado. Como la
distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es  /4. La longitud L del tubo es en las figuras representadas L= /4, L=3
/4, L=5 /4...
En general L=(2n+1)  /4; con n=0, 1, 2, 3, ...
Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula
F=nv/4L para n impar en el tubo cerrado
Leyes de Bernoulli
Las fórmulas obtenidas explican las denominadas leyes de Bernoulli:
La frecuencia del sonido en un tubo es:
1. Directamente proporcional a la velocidad del sonido vs en el gas que contiene el tubo
2. Inversamente proporcional a la longitud del tubo L
3. En un tubo abierto se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental (n=1) y sus armónicos
(n=2, 3, 4, ..)
4. En un tubo cerrado se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental y los armónicos
impares (2n+1=3, 5, 7, ...).
5. En dos tubos idénticos y con el mismo gas, uno abierto y otro cerrado, el abierto produce un sonido cuya
frecuencia (fundamental) es el doble que la del cerrado.
Abierto por ambos extremos
Comprobar que si la longitud del tubo L=1 m, y la velocidad del sonido vs =340 m/s la frecuencia del modo fundamental es
0=170 Hz.
Abierto por un extremo
Comprobar que si la longitud del tubo L=1 m, y la velocidad del sonido vs =340 m/s la frecuencia del modo fundamental es
0=85 Hz (la mitad que en el tubo abierto)
Marca la respuesta correcta en la hoja y justifícala
En tu cuaderno.
1. El sonido es:
a. Una onda longitudinal.
b. Una onda transversal.
c. Una onda electromagnética.
d. Una onda de frecuencia inferior a 20 Hertz
2. El tono del sonido depende de:
a. La frecuencia
b. La amplitud de la onda área.
c. La energía transmitida por unidad de tiempo.
d. La energía transmitida por unidad de área.
3. La velocidad de propagación del sonido depende
de:
a. Su frecuencia.
b. Su longitud de onda.
c. El medio de propagación.
d. Ninguna de las anteriores.
4. En el sonido no se presenta el fenómeno de:
a. Reflexión.
b. Refracción
c. Reverberación
d. Polarización
5. La frecuencia del sonido emitido por una cuerda
depende de:
a. La longitud.
b. La tensión.
c. La masa por unidad de longitud.
d. Todas las anteriores.
6. La frecuencia del sonido fundamental dado por un
tubo abierto es de 250 Hertz. La frecuencia de su
segundo armónico es:
a. 125 Hz
b. 500 Hz
c. 750 Hz
d. Ninguna de las anteriores
7. El observador se acerca a una fuente sonora que se
encuentra en reposo. Podemos asegurar que:
a.
b.
c.
d.
El observador percibe el sonido con una
frecuencia adicional
El observador percibe el sonido con un
acortamiento en la longitud de onda
La frecuencia del sonido percibido es igual que
si el observador estuviera en reposo y la fuente
acercándose hacia éste
La frecuencia percibida es la misma que si el
observador y la fuente estuvieran en reposo.
8. La velocidad del sonido en el aire a una temperatura
de 10 grados centígrado es (v=331m/seg)
a.
b.
c.
d.
325m/seg
331m/seg
337m/seg
343m/seg
9.
Durante una tempestad, se escucha un trueno 3 s
después de haber percibido el relámpago. El rayo
cayó a una distancia de: (v=340m/s).
a. 340m
b. 680m
c. 1020m
d. 1km
10. Una ambulancia viaja hacia una montaña con una
velocidad de 72 km/h y hace sonar la sirena y recibe
el eco a los 2s. La distancia a que se encuentra la
ambulancia de la montaña es de: (v=340m/s).
a.
b.
c.
d.
320m
340m
360 m
20m
11. El nivel de intensidad de un sonido cuya intensidad
física es de l0-6 W/m2 es:
a. lO6db.
b. -6db.
c. 6 db.
d. 60 db.
12. Un tubo abierto tiene una longitud de 1 m. La
frecuencia del sonido fundamental emitido es:
a. 340 Hz
b. 170 Hz
c. 510 Hz
d. Ninguna de las anteriores.
13. Una fuente sonora que se encuentra en reposo emite
un sonido de 320 s-1. Una persona se acerca
hacia la fuente con una velocidad de 3 m/seg. La
frecuencia percibida por el observador es:
a.
b.
c.
d.
322.82 s-1
317.17 s-1
160 s-1
Ninguna de las anteriores
Nota: Debe transcribir toda esta guía a su cuaderno
incluyendo la justificación de cada una de las preguntas,
además marcar las respuestas en la hoja indicada y
entregar su trabajo al profesor.
Gracias.
NOMBRE:_______________________________________
FECHA:_________________________________________
RESPUESTAS:
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B
C
D