VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE

Física 2ºBachillerato
Prácticas propuestas por la coordinación de la asignatura
Universidad de Oviedo
VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE
(Armónicos en una columna de aire de longitud variable)
Material:
Vaso de precipitados o probeta grande.
Un tubo abierto por los dos extremos
Cinta métrica
Diapasón 450 Hz / 1000 Hz
Procedimiento:
Hacemos vibrar el diapasón junto a la boca no sumergida del tubo y vamos variando la
longitud de la columna de aire contenida en el tubo a base de sumergirlo más o menos
en el agua.
Se miden las longitudes no sumergidas del tubo en los momentos en que se percibe
intensidad máxima del sonido.
Un poco de teoría:
“Cuando un cuerpo capaz de vibrar se somete a una fuerza periódica, del mismo
periodo que su vibración característica cuando el rozamiento es prácticamente nulo)
vibra aumentando extraordinariamente la amplitud del movimiento en las sucesivas
actuaciones de la fuerza. A este fenómeno se le llama resonancia”.
En primer lugar tendremos en cuenta que el diapasón vibra con una frecuencia fija,
conocida.
Al transmitirse el sonido por el aire del tubo que está
cerrado por un extremo y abierto por el otro, éste se
refleja en la superficie del agua y vuelve hacia el
diapasón. Se origina una onda estacionaria en el tubo.
Como sabemos estas ondas estacionarias formadas
en los tubos sonoros tienen unas frecuencias que
dependen de la longitud de los mismos. En este caso
sabemos que se forma una onda con un nodo en la
superficie del agua (extremo cerrado del tubo) y un
vientre en el extremo abierto del tubo. La longitud de
onda de esa onda estacionaria viene dada por la
expresión:
λ = 4 L/(2n – 1)
Ln
Donde L es la longitud de la columna de aire en el tubo y n toma valores enteros 1, 2,
3… La intensidad del sonido aumenta cuando la columna de aire vibra con la misma
frecuencia que el diapasón es decir cuando se produce la resonancia.
La frecuencia multiplicada por la longitud de onda es igual a la velocidad de
propagación del sonido en el aire:
vaire = f · λ
Por lo que su valor viene dado por:
f = v / λ = (2n – 1) vaire /(4L)
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Física 2ºBachillerato
Prácticas propuestas por la coordinación de la asignatura
Universidad de Oviedo
Resultados y conclusiones:
Ln
Ln+1
• Anotamos las longitudes de
la columna de aire que provocan la
resonancia con el diapasón.
Haciendo medidas de longitudes (L1, L2, L3…)
para
resonancias
consecutivas
que
corresponden a ondas estacionarias cuya
frecuencia coincide con la del diapasón y
que, por tanto, cumplirán la expresión anterior
y así podemos calcular el valor de n y a continuación la velocidad del sonido en el aire.
Para dos resonancias consecutivas, el problema se reduce a plantear y resolver el
siguiente sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas:
v
(2n − 1)
= f
4 L1
[2(n + 1) − 1] v = f
4 L2
Primero se obtiene el valor de la n y a continuación se calcula el valor de la velocidad
del sonido en el aire.
•
Por último, calculamos la longitud de la onda estacionaria que se origina
cuando hay resonancia.
Una vez conocido este valor podemos calcular la velocidad de propagación del sonido
en el aire. Para cometer menos error haremos varias medidas de la longitud Ln y
tomaremos como valor su media aritmética. Con él calcularemos la velocidad del
sonido en el aire.
Longitud columna de aire (Ln)
Frecuencia diapasón (f)
Longitud onda (λ)
Velocidad del sonido en el aire vaire
Temperatura del laboratorio (T)
Presión atmosférica del laboratorio
Velocidad real en esas condiciones
Error cometido
450 Hz
1000 Hz
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