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Cómo medir la velocidad del sonido

Cómo medir la velocidad del sonido

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

Con esta actividad intentaremos calcular la velocidad del sonido utilizando un tubo resonador cuya frecuencia propia sea la misma que la del diapasón.

MATERIALES NECESARIOS

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Al vibrar un diapasón junto a la boca de un tubo, cerrado por el otro extremo, las compresiones y dilataciones se propagan por el aire del tubo y llegan al fondo, del cual vuelven reflejadas.

Las ondas directas con las que vuelven, dan lugar a ondas estacionarias, con capas ventrales, donde el aire vibra con máxima amplitud, y capas nodales, donde no se mueve.

En el extremo cerrado del tubo se ha de formar un nodo, puesto que la última capa de aire, en contacto con el fondo, no puede vibrar. Además, para que el sonido sea audible es condición necesaria que en la boca del tubo se forme un vientre.

Estas condiciones en los límites sólo pueden darse cuando los nodos y los vientres intermedios dividen al tubo en un número impar de partes, siendo cada una la distancia vientre nodo consecutivos que, como se sabe, vale 'A'/4.La longitud total del tubo será un número impar de cuartos de onda.

El aire del tubo puede vibrar, pues, de varias formas, representadas en el dibujo, a las cuales corresponden distintas frecuencias propias, calculables; K =0, 1, 2... con la fórmula anterior.

Las ondas estacionarias del aire serán intensas cuando la frecuencia del diapasón que la excita coincida con alguna de estas frecuencias propias del tubo, es decir, cuando hay resonancia.

Para el sonido fundamental K =0 la fórmula queda:

V= 4LN

INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA

Realizar el montaje de la figura 1

El extremo libre de la goma se levanta por encima del extremo abierto del tubo, sujetándolo en dicha posición con la mano.

En estas condiciones, llenar de agua el tubo con ayuda de la probeta graduada, hasta cerca del borde. Una vez lleno el tubo, vaciar la probeta completamente si es que queda agua en ella, e introducir el extremo libre de la goma en la probeta, pero sin que en ningún momento esté por debajo del nivel del agua en el tubo.

En esta situación, otro operador toma el diapasón de 440 Hz con una mano y haciéndolo vibrar lo sitúa en la boca del tubo.

Mientras, el que sostiene la probeta, comienza a bajarla con lentitud solidariamente con el extremo de la goma, con lo que el nivel del agua en el tubo irá bajando. Si las vibraciones del diapasón se amortiguan mucho, el encargado de él deberá ampliarlas con el macito.

Se observa que hay un momento en el que el sonido se amplifica mucho, comenzando luego a disminuir.

Rellenar de agua nuevamente, un poco, el tubo y repetir la experiencia. En tres o cuatro ensayos se deja el nivel, justo en la posición que el sonido es más fuerte. Medir con el triple decímetro la longitud L desde el borde del tubo a la superficie del agua.

Operando de esta forma no puede haber más que un vientre en la boca y un nodo junto al agua. En realidad, el vientre se forma algo más arriba y por esto conviene corregir la longitud L medida, sumándole 0,6R, siendo R el radio del tubo.