universidad catolica andres bello facultad de ingenieria

UNIVERSIDAD CATOLICA ANDRES BELLO
FACULTAD DE INGENIERIA – DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATORIO DE FISICA II – TELECOMUNICACIONES
ONDAS SONORAS
ONDAS ESTACIONARIAS EN COLUMNAS DE AIRE. RESONANCIA.
La superposición de dos ondas que viajan en direcciones opuestas puede generar un patrón
de ondas estacionarias si se cumplen algunas condiciones particulares para los extremos del
medio donde se superponen las ondas y la dimensión de dicho medio.
En la presente práctica se hará un estudio de un patrón de ondas sonoras (longitudinales)
estacionarias en columnas de aire.
La figura muestra el montaje experimental a ser utilizado: un tubo
largo de vidrio que contiene agua está unido por una goma a un
recipiente cilíndrico ancho cuya altura relativa al tubo de vidrio se
puede variar, cambiando así la posición del nivel del agua. Como
fuente sonora se utiliza un generador de voltaje de frecuencia
variable conectado a una pequeña corneta que se coloca encima
del tubo.
En este montaje la columna de aire tiene su extremo superior
abierto y su extremo inferior cerrado (por el nivel del agua). Si L
es la longitud entre los dos extremos de la columna de aire, sólo
se podrán establecer ondas estacionarias cuya longitud de onda
cumplan con la condición:
λ = 4L/n
n = 1,3,5,7.....
impares.
que corresponde a armónicos
Esto significa que al colocar una señal sonora sobre el extremo abierto del tubo e ir variando
la posición del nivel del agua, cada vez que la longitud de onda de la señal externa coincida
con alguna de las condiciones correspondientes a los armónicos (condición natural del
sistema) se establecerá una condición de resonancia, que se manifestará como un
incremento de la amplitud, y en consecuencia, de la intensidad de la señal.
PARTE EXPERIMENTAL
1.
Previo a la realización del experimento demuestre teóricamente, a partir de la condición
para establecer ondas estacionarias, que para dos resonancias consecutivas la
separación ∆L entre los niveles correspondientes es λ/2.
2.
Instale el montaje indicado. Coloque la frecuencia del generador en un valor cercano a
1 KHz de acuerdo con las instrucciones del profesor.
3.
Coloque el nivel del agua lo mas cerca posible del extremo abierto del tubo.
4.
Baje la posición del recipiente de manera de disminuir la altura del nivel del agua y
escuche atentamente como se incrementa la intensidad sonora (resonancia) para
ciertas posiciones del nivel del agua.
5.
Partiendo del nivel mas alto, proceda a medir las posiciones donde ocurren las
resonancias, primero bajando el recipiente, e inmediatamente al llegar a la parte
inferior, subiendo. Repita este ciclo dos veces adicionales, a fin de obtener seis
medidas para cada posición resonante. Estas medidas están referidas al extremo
abierto del tubo.
6.
Obtenga la separación ∆L en la columna de aire para todas las parejas consecutivas
posibles de resonancias (primer y tercer armónico; tercer y quinto armónico, ..........), así
como su valor promedio <∆L> e incertidumbre correspondiente δ(∆L)
7.
Determine la velocidad del sonido en el aire. Compare con el valor esperado de 343 m/s
Discuta cómo es la exactitud del valor obtenido.
REFERENCIAS
Serway-Beichner Ι (18.4 , 18.5) Resnick-Halliday-Krane Ι (19.9 , 19.10 ; 20.4)
IE/181110