Mecánica

LD
Hojas de
Física
Mecánica
Acústica
Longitud de onda y velocidad del sonido
P1.7.3.1
Tubo de Kundt:
Determinación de la
longitud de onda
con el método del corcho en polvo
Objetivos del experimento
g Comprobación óptica de la existencia de los vientres y los nodos de una onda de sonido estacionaria
g Comparación de la posición de los nodos y los vientres en la reflexión con extremo abierto y cerrado
g Determinación de la longitud de onda λ a partir de las figuras de polvo
Fundamentos
Una onda de sonido se propaga por un tubo a lo largo de su
eje como onda plana cuando el diámetro es menor que
media longitud de onda. La onda de sonido es reflejada en
un extremo abierto o cerrado del tubo. Así, con estas ondas
de ida y vuelta surge una onda estacionaria en el tubo.
Dicha onda estacionaria se hace visible gracias al corcho en
polvo, que se arremolina a la altura de los vientres por la
vibración de las moléculas de aire. En dichos vientres se
forman, además, líneas transversales. Éstas son causadas
por una corriente de circulación entre la pared del tubo y su
eje.
La distancia entre dos nodos o dos vientres corresponde a
media longitud de onda. Luego, tomando la distancia d entre
el primer nodo y el n-ésimo puede hallarse la longitud de
onda λ con
λ=2
(I).
El experimento se realiza con un silbato y un tubo que, en un
principio, está abierto en ambos extremos. El extremo
cerrado del tubo se practica con un émbolo deslizable.
Disposición del experimento para determinar la longitud de
onda λ con ondas de sonido mediante el método del corcho
en polvo
1105-Kem
Fig. 1
d
n −1
1
P1.7.3.1
LD Hojas de Física
Ejemplo de medición
Materiales
a) Reflexión en un extremo abierto
1 tubo de Kundt
413 01
1 barra con escala de 500 mm
460 97
La figura 2, arriba, muestra un ejemplo de medición.
b) Reflexión en un extremo cerrado
La figura 2, abajo, muestra un ejemplo de medición.
cantidad de nodos: n = 7
distancia entre el primer nodo y el último: d = 39 cm
Montaje
Indicación: Antes del experimento procurar que el tubo de
vidrio se encuentre completamente seco.
– Esparcir por el tubo una pequeña cantidad (2 puntas de
cuchillo) de corcho en polvo de forma que quede una
franja uniforme por todo el largo del mismo
– Asentar el tubo de vidrio sobre sus apoyos e introducir el
embudo
– Girar un poco el tubo de vidrio de manera que el corcho
en polvo permanezca adherido y derecho sobre la pared
lateral.
– En un principio, no deslizar el émbolo dentro del tubo.
Realización
a) Reflexión en un extremo abierto
– Mantener el silbato en posición trasversal respecto del
tubo de vidrio y soplarlo inmediatamente delante del
embudo.
Análisis y resultado
a) Reflexión en un extremo abierto
Se forman figuras de polvo con forma de guirnaldas. En el
extremo abierto se encuentra un vientre. Las líneas
transversales en los vientres son especialmente claras para
altas intensidades de sonido.
b) Reflexión en un extremo cerrado
Las figuras de polvo, en especial las líneas transversales,
son más nítidas que en la reflexión en un extremo abierto, ya
que la pérdida de energía es menor. En el extremo cerrado
se encuentra un nodo.
De (I) se llega a una longitud de onda λ = 13 cm. A una
-1
velocidad del sonido c = 340 m s corresponde una
frecuencia f = 2600 Hz.
– Observar las franjas de corcho en polvo.
Información adicional
b) Reflexión en un extremo cerrado
También se utilizan, además del silbato, otras fuentes de
sonido, por ejemplo un diapasón de 1700 Hz (411 81) o el
parlante de banda ancha (587 08) conectado con un
generador de onda sinusoidal.
– Repartir el corcho en polvo de manera uniforme e
introducir el émbolo.
– Mantener el silbato en posición trasversal respecto del
tubo de vidrio y soplarlo inmediatamente delante del
embudo.
– Observar las franjas de corcho en polvo y comparar con
lo obtenido en a).
– Determinar la cantidad n de nodos y medir la distancia d
entre el primer nodo y el último.
En el caso del diapasón, sucede que la longitud del tubo de
vidrio (L = 60 cm) cumple una condición de resonancia: es el
triple de la longitud de onda λ. Si se opta por no usar el
embudo, en ambos extremos abiertos se hallará un vientre.
Fig. 2
Distribución del corcho en polvo en la reflexión de sonido con
un extremo abierto (arriba) y con un extremo cerrado (abajo)
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