Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido Sensor

Laboratorio de Física con Ordenador
alumno
Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Sensor de voltaje, Salida de potencia
Tema
Ondas
DataStudio
P45 Speed of Sound 2.DS
Equipo necesario
Sensor de voltaje (CI-6503)
Cables de conexión (SE-9750)
ScienceWorkshop (Mac)
P36 Speed of Sound
Cant.
1
2
ScienceWorkshop (Win)
P36_MACH.SWS
Equipo necesario
Tubo de resonancia (WA-9612)
Cant
1
IDEAS PREVIAS
La velocidad del sonido se puede determinar por varios métodos.
¿ Cómo puede calcular la velocidad del sonido en una columna
de aire dentro de un tubo?
Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Para una frecuencia de sonido en un tubo resonante, hay una variedad de longitudes de onda a las
cuales se formarán ondas estacionarias. Como, para cualquier tubo de una cierta longitud, hay una
variedad de frecuencias resonantes- frecuencias a las cuales se formarán las ondas estacionarias en
el tubo. En general, si la frecuencia del sonido es varias veces superior que la frecuencia resonante
más baja (la frecuencia fundamental), habrá varios nodos y antinodos en la onda estacionaria. Para
un tubo abierto, la distancia entre antinodos sucesivos en la onda estacionaria es la mitad de la
longitud de onda.
La velocidad del sonido es el producto de la longitud de onda y la frecuencia o v    f donde
v es la velocidad del sonido,  es la longitud de onda, y f es la frecuencia.
RECUERDE

Siga todas las instrucciones de seguridad
PROCEDIMIENTO
Utilice la característica ‘Output’ del interfaz para excitar un altavoz que haga vibrar el aire del
Tubo de resonancia a la frecuencia fija (1000 Hz). Utilice DataStudio o ScienceWorksho para
controlar la frecuencia de salida al altavoz con el generador de señales. Utilice el micrófono
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montado en el tubo de resonancia para medir la amplitud del sonido. Utilice el sensor de voltaje
para medir la señal del micrófono. Utilice el émbolo interior del tubo para ajustar la longitud de la
columna de aire dentro del tubo,.
Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para mostrar la señal de
salida del altavoz y la señal de entrada desde el micrófono. Cambie la
posición del émbolo para determinar las distancias entre antinodos
sucesivos en la onda estacionaria de sonido que aparece dentro del
tubo. Utilice la distancia para determinar la longitud de onda del
sonido y calcular la velocidad del sonido
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.
2.
Conecte la clavija Din del Sensor de voltaje en canal analógico A del interfaz.
3.
Conecte los cables al terminal de "SALIDA" (OUTPUT) del interfaz.
4.
Abra el archivo titulado: :
DataStudio
P45 Speed of Sound 2.DS
ScienceWorkshop (Mac)
P36 Speed of Sound
ScienceWorkshop (Win)
P36_MACH.SWS
•
El archivo se abre con una ventana generador de señales, de Osciloscopio y Analizador de
espectro (FFT)
•
El archivo DataStudio también contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el
Workbook.
•
El osciloscopio mostrará la tensión de salida de la " salida " del interfaz al altavoz y la
tensión de entrada del micrófono conectado al tubo de resonancia. El analizador de
espectros mostrará la tensión de salida del micrófono
•
Él generador de señales está configurado para producir una onda senoidal a 1000Hz. Está
configurando en " Auto" así que automáticamente comienza y para de generar señal cuando
inicie o pare la medida de datos.
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
•
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No senecesita calibrar el Sensor de voltaje.
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1.
Coloque el Tubo de resonancia en una superficie nivelada. Coloque el émbolo dentro del
tubo. Ponga la varilla del émbolo a través del agujero del soporte y monte el tubo dentro del
soporte utilizando el cordón elástico. Ponga el émbolo en la marca de 80 centímetros
dentro del tubo de resonancia..
2.
Conecte los cables con terminal tipo banana en la "SALIDA" (OUTPUT) del interfaz. al
altavoz del tubo de resonancia.
3.
Asegúrese que la pila instalada en el micrófono esté nueva Coloque el micrófono en el
agujero pequeño debajo del altavoz. Utilice el tornillo mariposa en el lado del altavoz para
sujetar el micrófono en su sitio.
4.
Conecte la conexión del micrófono en adaptador de cable BNC a Mini-Jack (incluido con
el tubo de resonancia). Conecte el adaptador de cable BNC en el terminal BNC (también
incluido con el tubo de resonancia).
5.
Conecte el cable del sensor de voltaje al adaptador BNC.
PARTE III: RECOGIDA DE DATOS
•
PRECUACIÓN: Puede estropear el altavoz por sobreexcitarlo (aumentando la amplitud
demasiado). El sonido del altavoz debería ser apenas audible- Por favor mantenga la
amplitud del generador de señales a 0.98 voltios o menos.
1.
Comience la medida de datos. (Pulse ‘Start’ en DataStudio o pulse ‘MON’ en
ScienceWorkshop.)
•
El generador de señales comenzará automáticamente. El osciloscopio mostrará el la señal
salida de la " salida " del interfaz al altavoz y la tensión de entrada del micrófono
2.
Determine la posición del émbolo para el primer antinodo de la onda estacionaria dentro del
tubo. Empuje ligeramente el émbolo hacia dentro del tubo..
•
Primero, escuche un aumento en el sonido del altavoz indicando que se ha producido una
onda estacionaria en el tubo.
•
Observe, también la señal en el osciloscopio. La señal de salida del micrófono alcanza un
máximo cuando la longitud de la columna de aire está ajustada así hay un antinodo en el
micrófono.
•
Finalmente, compruebe la altura de la frecuencia fundamental en el analizador de espectros.
(FFT)
3.
Ajuste la posición del émbolo cuidadosamente hasta que se asegure que el émbolo está en el
punto al cual aparece el sonido ñas bajo así la señal mas grande en el osciloscopio y en el
analizador FFT. Anote las posiciones del émbolo en la sección de datos.
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4.
Continúe moviendo el émbolo hacia dentro del tubo hasta alcanzar una nueva posición
donde aparezca una onda estacionaria. Anote esta nueva posición en la sección informe de
laboratorio. Continúe moviendo el émbolo hasta encontrar todas las posiciones del émbolo
que hacen aparecer ondas estacionarias..
5.
Pulse ‘STOP’ para parar la medida de datos.
.
OPCIONAL
Repita el procedimiento para diferentes frecuencias
ANÁLISIS DE DATOS
1.
Encuentre el promedio de la distancia entre cada posición del émbolo. Utilice esta distancia
para determinar la longitud de onda. (Recuerde,   2 L .)
2.
Utilice la longitud de onda y la frecuencia para calcular la velocidad del sonido en el aire
dentro del tubo.
Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
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Informe de Laboratorio
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IDEAS PREVIAS
La velocidad del sonido se puede determinar por varios métodos. ¿ Cómo puede calcular la
velocidad del sonido en una columna de aire dentro de un tubo?
Tabla de Datos
Posición
Distancia (m)
x (m)
1
2
3
4
5
Promedio
Frecuencia =
1.
Hz
Encuentre el promedio de la distancia entre cada posición del émbolo. Utilice esta distancia
para determinar la longitud de onda.
longitud de onda =
2.
m
Utilice la longitud de onda y la frecuencia para calcular la velocidad del sonido en el aire
dentro del
velocidad del sonido =
m/s
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Utilice los datos anotados para esbozar la actividad de la onda a lo largo de la longitud del
tubo con el émbolo en la posición más alejada del altavoz.
2.
El valor teórico de velocidad del sonido en el aire es
331.5 m/s + 0.607 x Temperatura (ºC) m/s.
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Por ejemplo, a Temperatura = 18 C, la velocidad del sonido 342.42 m/s. Determine el valor
teórico de la velocidad del sonido en el aire a la temperatura de su habitación. ¿ Cómo se
compara la velocidad medida con el valor teórico.
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