PRACTICA Nº 3 ACUSTICA OBJETIVOS DE LA PRACTICA Analizar

PRACTICA Nº 3
ACUSTICA
OBJETIVOS DE LA PRACTICA
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Analizar experimentalmente los conceptos básicos de ondas sonoras:
Comprobar que el sonido se comporta como una onda.
Comprobar que el sonido tiene distinta rapidez de acuerdo al medio donde se propaga.
TEORIA RELACIONADA
La acústica es una parte de la física que estudia el origen, propagación, propiedades
del sonido y sus aplicaciones.
Todas las ondas elásticas en las cuales la perturbación, sea esta una deformación, una
presión o el desplazamiento de materia que contenga muchos átomos, se propaga con una
velocidad que depende de las propiedades elásticas del medio.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales que viajan a través de cualquier medio
material (gases, sólidos y líquidos) con una velocidad que depende de las propiedades del
medio en el cual se propagan, las partículas del medio van a vibrar para producir un cambio de
densidad y presión a lo largo de la dirección de propagación del movimiento de la onda, las
partículas se mueven paralelas a la propagación, entonces los desplazamientos son
longitudinales. Esto da como resultado una serie de regiones de alta y baja presión llamadas
condensaciones y rarefacciones.
Si una fuente de onda sonora vibra senoidalmente, las variaciones de presión también
serán senoidales.
Encontramos tres categorías de ondas mecánicas longitudinales que cubren diferente rangos
de frecuencia:
1. Ondas Audibles: Entre 20 Hz y 2000 Hz (Sensitivas al oído humano) ejemplos:
instrumentos musicales, cuerdas vocales y altavoces.
2. Ondas Infrasónicas: Son ondas con frecuencias por debajo del rango audible. Las
ondas de terremoto son un ejemplo de ellas.
3. Ondas Ultrasónicas: Son ondas con frecuencia por encima del rango audible. Se
pueden generar por cristales de cuarzo induciendo vibraciones al aplicar un campo
eléctrico (E) alternamente.
Un traductor es un dispositivo que transforma un tipo de potencia a otro. Como ejemplo
tenemos los altavoces, los cristales de cuarzo, agujas magnéticas y de cerámica de los
tocadiscos.
Velocidad de Onda Sonora
Las ondas sonoras son ondas de compresión que se mueven a través de un medio
comprensible, tal como el aire. La región de aire comprimido corresponde a una variación
de presión en el aire. La rapidez de las ondas depende de la comprensibilidad del medio y
de la inercia de mismo.
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V = √ B/ρ
B = Modulo o constante volumétrica
ρ = Densidad de Masa
Donde el modulo volumétrico se define como:
B= - ∆P/∆V/V
Toda esta expresión representa la razón del cambio de presión (∆P) con la fracción resultante
del cambio de volumen.
El sonido no se propaga en el vacío.
Ondas Sonoras Armónicas:
Si la fuente de una onda longitudinal, como una membrana en vibración, oscila con un
movimiento armónico simple, la perturbación que resulta también será armónica. Al producirse
ondas armónicas unidimensionales la región que presenta una alta presión se llama
condensación por lo que la densidad y la presión se encuentran por encima de sus valores de
equilibrio. En aquellas regiones de baja presión son llamadas rarefacciones en donde la
densidad y la presión caen por debajo de los valores de equilibrio.
Las distancias entre dos condensaciones sucesivas (o entre dos rarefacciones
sucesivas) es igual a una longitud de onda (λ).
Si S(x,t) es el desplazamiento de un pequeño elemento del volumen medido desde su
posición de equilibrio, se puede expresar:
S(x,t) = Sm . Cos (Kx – Wt)
Donde: Sm= Máximo desplazamiento a partir del equilibrio.
K= Nro de Ondas
W=Velocidad angular
La variación de presión (∆P) también va a ser armónica ∆P= ∆pm. Cos (Kx-Wt) en
donde ∆pm representa el cambio máximo de presión desde su valor inicial, esta a su vez
se puede expresar por la ecuación:
∆P= ρ.V.W.Sm en donde W. Sm es la velocidad longitudinal máxima. Comparando las
ecuaciones de desplazamiento y la variación de presión tenemos que ambas ondas están
desfasadas 90º.
El oído humano puede detectar un amplio rango de intensidades. La intensidad
(I) de una onda se define como la rapidez a la cual fluye la energía sonora a través de una
unidad de área perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. La intensidad esta
dada por:
I= ρ.V.(W.Sm)2 o I= (∆pm)2
2
2.ρ.v.
2
El nivel de intensidad de una onda sonora se define por la expresión:
β= 10Log (I/Io)
Io: 10-12 w/m2
El umbral de audición corresponde a una intensidad de 10-12 w/m2, mientras que el
umbral del dolor tiene una intensidad de 1w/m 2.
Para los niveles de intensidad si se sustituye en la ecuación de β, encontramos que el
nivel correspondiente al umbral de audición es 0dβ y el umbral del dolor es 120dβ.
La exposición prolongada de niveles que pasen los 90 dβ pueden producir lesiones
graves en el órgano de la audición, en este caso se recomienda el uso de tapones o
audífonos.
La contaminación sónica puede ser un factor que contribuya a la presión arterial alta,
ansiedad y nerviosismo.
PRE- Laboratorio
1. El alumno antes de realizar las experiencias propuestas en la practica debe investigar
las siguientes definiciones:

Acústica

Ondas sonoras

Ondas longitudinales

Condensaciones y rarefacciones

Intensidad de onda sonora

Nivel de intensidad de una onda sonora.
2. Explica los factores de los cuales depende la propagación de Onda Sonora
3. ¿Cuál es el mejor medio de propagación de las Ondas Sonoras?
4. ¿Se propaga el sonido en el vacío? Razona tu respuesta
5. ¿En qué consiste el efecto doppler?
6. Explica el fenómeno de resonancia en la propagación de ondas Sonoras.
Materiales

Diapasones
de
igual

Barra
sólida
de
cobr
frecuencia.

Martillos de goma.

Martillos de metal.

Vasos de precipitado.

Cascabel o campanilla.

Matraz.

Barra sólida de aluminio.
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EXPERIENCIA Nº 1

Toma un diapasón y golpéalo con un martillo de goma inmediatamente colócalo dentro de
un recipiente lleno con agua. Toma nota de lo observado.

Repite la experiencia y observa durante unos segundos la superficie del agua alrededor de
los extremos del diapasón. ¿Qué ocurre?
EXPERIENCIA Nº 2

Utiliza para la experiencia dos diapasones de igual frecuencia.

Golpea fuertemente uno de los diapasones y acércalo al otro diapasón. ¿Qué sucede al
otro diapasón?

Realiza de nuevo la experiencia anterior seguidamente colocando la mano sobre el
diapasón golpeado. ¿Qué ocurre con el otro diapasón?

¿Qué fenómeno se ilustra en la experiencia?. Explica.
4
EXPERIENCIA Nº 3

Mueve el matraz procurando que el cascabel o campanilla no choque con las paredes de
este. ¿Qué escuchas?

¿Por qué si el cascabel o campanilla esta encerrada completamente dentro del matraz, se
puede escuchar el sonido?
EXPERIENCIA Nº 4

Golpea con una barra sólida el extremo de una lámina sólida (aluminio).

Golpea con una barra sólida uno de los extremos de una lamina sólida (cobre).
¿En cual se percibe con mayor rapidez el sonido producido?.
Lamina de Cobre
Barra sólida
Lamina de Aluminio
Explica:

El pulso producido se propaga a lo largo de la barra con una rapidez
v=√ γ/ρ
5
Donde γ es el modulo de Young del material y p es la densidad de equilibrio. Teniendo los
valores para el aluminio γ=7.0x1010n/m2; ρ=2.7x103kg/m3; para el cobre γ=14.0x1010n/m2;
ρ=8.92x103kg/m3
Calcula la rapidez del sonido en cada caso.

¿Qué concluyes al respecto?
Post- Laboratorio
1. Cuales son las unidades S.I para el modulo volumétrico expresado en la ecuación. B= (∆p/
(∆V/V).. Demuestre que S.I de v=√B/p. Son m/s?.
2. La densidad de la acetona es de 792 kg/m3. Su modulo volumétrico depende de la temperatura
de acuerdo con la siguiente expresión.
B = -6x106.T +9,02x108 donde B está en N/m2 y T en ºC:¿Cuál es la rapidez del sonido en la
acetona a 20ºC?.
3. Calcule la amplitud de presión de una onda sonora de 2000 Hz en el aire si la amplitud del
desplazamiento es igual a 2x10-8 m (ρ=1,2kg/m3 y v=343 m/s)
4. Escriba una expresión que describa la variación de expresión como una función de posición y
del tiempo para una onda sonora armónica en el aire.
λ =0,1 m y Apm = 0,2 N/m2.
5. En una lavandería se ha medido un nivel de sonido de 74dβ. Cual es la intensidad de este
sonido en w/m2?
6. Dos fuentes tienen niveles de sonido de 75 y 80dβ. Si suenan simultaneamente, a) Cual es el
nivel del sonido combinado?, b) Cual es la intensidad de este sonido en w/m2?
7. Estando en el cruce de una avenida; se escucha una frecuencia de 500 Hz que proviene de la
sirena de una patrulla que se acerca. Después de que pasa la patrulla la frecuencia observada es
480 Hz. A partir de estas observaciones, determine la rapidez de la patrulla.
8. Un tren se mueve paralelamente a una supercarretera con una rapidez constante de 20 m/s. Un
auto viajo en la misma dirección del tren con una rapidez de 40 m/s. En tanto el auto alcanza y
pasa al tren la bocina del auto suena una frecuencia de 520 Hz y el silbato del tren suena a 320 Hz
A) ¿Qué frecuencia observa un ocupante del auto para el silbato del tren en el instante en que
empieza a repasar? B) ¿Qué frecuencia de la bocina escucha un pasajero del tren justo después
de pasarlo el auto?
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