Experimento con el Efecto Doppler

Velocidad del sonido. Ondas acústicas. Laboratorio. Receptor. Propagación. Aire. Emisor. Longitud. Frecuencia. Generador de funciones. Contador. Micrófono. Célula fotoeléctrica. Altavoz

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Introducción:

El efecto Doppler es una variación aparente de una frecuencia de onda, en este caso, de una onda acústica. Lo produce una fuente de ondas, tal como un cuerpo vibrante moviéndose, las ondas emitidas por este no son concéntricas. La separación entre las ondas es menor del lado en el cual el cuerpo se esta moviendo, y mayor del lado opuesto, lo que corresponde respectivamente a una menor y una mayor longitud de onda efectiva o a una mayor y a una menor frecuencia efectiva. Si el observador esta en movimiento, las ondas lo alcanzarán con diferente rapidez. Esta situación se expresa con la siguiente expresión para la frecuencia aparente:

, donde es la frecuencia que emite la fuente y'Experimento con el Efecto Doppler'
es la velocidad.

Si el observador esta quieto, la frecuencia que percibe el observador es:

'Experimento con el Efecto Doppler'
; El signo + corresponde al caso en que la fuente se aleja, y el signo - cuando se acerca.

El objetivo de los experimentos es comprobar como funciona esta ecuación y calcular la velocidad del sonido, v.

Material:

  • 1 generador de funciones

  • 1 contador digital

  • 1 altavoz de tonos agudos

  • 1 riel metálico, 2 cm, con carro

  • 1 micrófono

  • 2 barreras de luz en horquilla

  • 1 motor con unidad de control

  • 1 cinta métrica

  • 1 alambre de constantano

  • mordazas y soportes

  • cables

Experimentos:

Realizo cuatro tablas una para cada velocidad de la fuente.

El tiempo se mide con la barrera fotoeléctrica que señala el tiempo que tarda la placa metálica que lleva el carro en atravesarla, esta placa tiene una longitud de 'Experimento con el Efecto Doppler'
(la mido con un calibre, que tiene este error de medida)

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

El 0.1 lo obtengo porque 'Experimento con el Efecto Doppler'
Hz

'Experimento con el Efecto Doppler'
Es la desviación típica que mide la dispersión de las medidas en tono a un valor promedio

s el la longitud de la placa metalica que lleva el carro =0.040'Experimento con el Efecto Doppler'
0.005m

Velocidad 1:

Avance:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'
Hz

'Experimento con el Efecto Doppler'
Hz

'Experimento con el Efecto Doppler'
Hz

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22928.7

22928.6

22928.8

22928.9

22929.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22928.8'Experimento con el Efecto Doppler'

22928.9

22930.1

22929.7

22929.8

22929.9

22930.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.8'Experimento con el Efecto Doppler'

1.0'Experimento con el Efecto Doppler'
0.3

4.2'Experimento con el Efecto Doppler'
1.3'Experimento con el Efecto Doppler'

6.286

22928.7

22928.7

22928.6

22928.7

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22928.7'Experimento con el Efecto Doppler'

22928.7

22930.1

22929.8

22929.8

22929.6

22929.9

22930.0

22929.9

22930.0

22929.9

22929.8

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.8

1.1'Experimento con el Efecto Doppler'
0.3

4.8'Experimento con el Efecto Doppler'
1.3'Experimento con el Efecto Doppler'

6.011

22929.3

22929.2

22929.3

22929.4

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.3'Experimento con el Efecto Doppler'

22930.3

22930.6

22930.4

22930.5

22930.4

22930.4

22930.5

22930.3

22930.3

22930.3

22930.5

22930.4

22929.9

22929.8

22930.0

22929.9

22929.7

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.2

0.9'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

4.1'Experimento con el Efecto Doppler'
0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

5.876

Retroceso:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22929.0

22929.1

22929.2

22928.9

22928.7

22928.8

22928.9'Experimento con el Efecto Doppler'

22928.7

22927.2

22927.5

22927.6

22927.5

22927.4

22927.5

22927.6

22927.7

22927.5

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22927.6'Experimento con el Efecto Doppler'

-1.3'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-5.8'Experimento con el Efecto Doppler'
0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

6.314

22929.1

22929.2

22929.2

22929.1

22929.0

22929.0

22928.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.1'Experimento con el Efecto Doppler'

22927.7

22927.9

22927.8

22927.8

22927.4

22927.7

22927.8

22927.9

22928.0

22927.7

22927.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
22927.8'Experimento con el Efecto Doppler'

-1.3'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-5.6'Experimento con el Efecto Doppler'
0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

5.992

22929.1

22929.2

22929.1

22929.0

22929.0

22929.0

22929.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.1'Experimento con el Efecto Doppler'

22927.8

22927.8

22927.9

22927.9

22928.0

22927.8

22927.8

22927.7

22927.7

22927.8

22927.8

22927.9

22927.8

22927.9

22928.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22927.8'Experimento con el Efecto Doppler'

-1.2'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-5.3'Experimento con el Efecto Doppler'
0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

6.068

Velocidad 2:

Avance:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22929.3

22929.2

22929.2

22929.0

22929.1

22929.2

22929.2

22929.3

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.2'Experimento con el Efecto Doppler'

22931.9

22931.7

22931.6

22931.7

22931.8

22931.6

22931.5

22931.4

22931.8

22931.4

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22931.6'Experimento con el Efecto Doppler'

2.5'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

1.1'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

2.609

22929.4

22929.4

22929.5

22929.5

22929.6

22929.5

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.5'Experimento con el Efecto Doppler'

22932.3

22932.3

22932.3

22932.4

22932.4

22932.3

22332.2

22932.1

22932.4

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22932.3'Experimento con el Efecto Doppler'

2.8'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

1.2'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

2.635

22929.8

22929.8

22929.8

22929.8

22929.8

22929.8

22929.7

22929.5

229295

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.7'Experimento con el Efecto Doppler'

22932.0

22932.2

22932.0

22931.9

22932.1

22932.0

22931.8

22931.9

22931.8

22932.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22932.0'Experimento con el Efecto Doppler'

2.2'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

9.8

2.614

Retroceso:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22929.1

22929.1

22929.1

22929.1

22929.2

22929.2

22929.3

22929.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.2'Experimento con el Efecto Doppler'

22926.5

22926.7

22926.9

22926.7

22926.7

22926.7

22926.7

22926.7

22926.7

22926.8

22926.8

22926.7

22926.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22926.7'Experimento con el Efecto Doppler'

-2.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-1.1

2.665

22929.8

22929.9

22929.8

22929.9

22929.8

22929.8

22929.8

22929.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.8'Experimento con el Efecto Doppler'

22927.4

22927.6

22927.5

22927.3

22927.4

22927.3

22927.2

22927.1

22927.2

22927.1

22927.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22927.3'Experimento con el Efecto Doppler'

-2.5'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-1.1'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

2.637

22929.9

22929.9

22929.9

22930.0

22929.9

22930.0

22930.0

22929.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.9'Experimento con el Efecto Doppler'

22927.1

22927.1

22927.3

22927.4

22927.4

22927.3

22927.4

22927.4

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22927.3'Experimento con el Efecto Doppler'

-2.6'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-1.2'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

2.681

Velocidad 3:

Avance:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22930.5

22930.4

22930.4

22930.3

22930.4

22930.3

22930.1

22930.0

22930.0

22930.1

22930.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.2'Experimento con el Efecto Doppler'

22934.9

22935.0

22934.8

22934.6

22934.5

22934.6

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22934.7'Experimento con el Efecto Doppler'

4.7'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.494

22930.4

22930.3

22930.3

22930.5

22930.6

22930.6

22930.6

22930.5

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.5'Experimento con el Efecto Doppler'

22935.5

22934.8

22934.9

22934.8

22934.9

22934.8

22934.7

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22934.9'Experimento con el Efecto Doppler'

4.4'Experimento con el Efecto Doppler'
.0.2

1.9'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.509

22930.2

22930.1

22930.1

22930.2

22930.2

22930.1

22930.0

22930.1

22930.1

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.1'Experimento con el Efecto Doppler'

22935.5

22934.5

22934.9

22934.5

22934.9

22934.5

22934.9

22934.6

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22934.8'Experimento con el Efecto Doppler'

4.7'Experimento con el Efecto Doppler'
0.3

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.490

Retroceso:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22930.1

22930.1

22930.2

22930.1

22930.2

22930.2

22930.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.2'Experimento con el Efecto Doppler'

22924.9

22925.5

22925.8

22925.7

22925.6

22925.8

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.2'Experimento con el Efecto Doppler'

-4.7'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-2.0'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.485

22930.1

22930.1

22930.1

22930.1

22930.1

22930.1

22930.0

22930.2

22930.2

22930.2

22930.0

22930.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.1'Experimento con el Efecto Doppler'

22925.7

22925.7

22925.7

22925.5

22925.6

22925.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.1'Experimento con el Efecto Doppler'

-4.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-1.9'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.520

22930.2

22930.2

22930.2

22930.0

22930.0

22930.0

22930.0

22930.0

22930.0

22930.1

22930.1

22930.1

22930.1

22930.0

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.1'Experimento con el Efecto Doppler'

22925.5

22925.7

22925.6

22925.4

22925.8

22925.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.1'Experimento con el Efecto Doppler'

-4.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-1.9'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.513

Velocidad 4:

Avance:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22930.5

22930.5

22930.4

22930.4

22930.4

22930.4

22930.5

22930.6

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.5'Experimento con el Efecto Doppler'

22936.8

22937.2

22937.1

22936.8

22936.6

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22936.9'Experimento con el Efecto Doppler'

6.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

2.8'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.055

22930.5

22930.4

22930.4

22930.3

22930.1

22929.9

22929.9

22929.8

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.2'Experimento con el Efecto Doppler'

22936.9

22936.4

22936.3

22936.3

22936.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22936.4'Experimento con el Efecto Doppler'

6.3'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

2.7'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

1.081

22929.9

22929.8

22929.8

22929.8

22929.8

22929.7

22929.7

22929.8

22929.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22929.8'Experimento con el Efecto Doppler'

22936.6

22936.7

22936.2

22936.7

22936.4

22936.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22936.5'Experimento con el Efecto Doppler'

6.7'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

2.9'Experimento con el Efecto Doppler'

1.094

Retroceso:

'Experimento con el Efecto Doppler'
'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

22930.5

22930.3

22930.4

22930.3

22930.3

22930.3

22930.3

22930.2

22930.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.3'Experimento con el Efecto Doppler'

22923.6

22923.9

22924.1

22924.2

22923.9

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22923.9'Experimento con el Efecto Doppler'

-6.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

-2.8'Experimento con el Efecto Doppler'

1.075

22930.3

22930.4

22930.2

22930.2

22930.2

22930.2

22930.3

22930.3

22930.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.3'Experimento con el Efecto Doppler'

22923.1

22923.8

22924.0

22923.7

22923.8

22924.2

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22923.8'Experimento con el Efecto Doppler'

-6.5'Experimento con el Efecto Doppler'
0.3

-2.8'Experimento con el Efecto Doppler'

1.000

22930.0

22930.4

22930.4

22930.3

22930.4

22930.4

22930.3

22930.4

22930.3

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22930.3'Experimento con el Efecto Doppler'

22923.5

22923.9

22923.9

22923.9

22923.9

22924.4

'Experimento con el Efecto Doppler'
=22923.9'Experimento con el Efecto Doppler'

-6.4'Experimento con el Efecto Doppler'
0.2

- 2.8'Experimento con el Efecto Doppler'

1.064

Lo siguiente que tengo que calcular es la velocidad del sonido. Para ello represento en una gráfica ,la velocidad del carro con la variación relativa de la frecuencia.

Después ajusto los datos obtenidos a una recta y asi obtengo el valor de la velocidad del sonido, que será la pendiente.

La ecuación que relaciona esto para un observador en reposo es:

, sin embargo, cuando la velocidad del cuerpo es muy pequeña en comparación con la velocidad del sonido, puedo desarrollar el denominador en serie.

'Experimento con el Efecto Doppler'
, por lo que nos queda: 'Experimento con el Efecto Doppler'
, donde 'Experimento con el Efecto Doppler'
es la frecuencia percibida por el observador, y 'Experimento con el Efecto Doppler'
es la que percibe cuando esta en reposo.

Esto nos queda como una recta si planteo la ecuación de este modo: 'Experimento con el Efecto Doppler'

Por tanto, a partir de los datos de la siguiente tabla puedo obtener los de la segunda y asi la gráfica correspondiente.

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

6.058

0.1

22929.9

0.1

22928.9

0.2

6.125

0.1

22927.7

0.1

22929.0

0.1

2.619

0.01

22932.0

0.2

22929.5

0.2

2.661

0.01

22927.1

0.2

22929.6

0.2

1.498

0.01

22934.8

0.1

22930.3

0.1

1.506

0.01

22925.7

0.1

22930.1

0.1

1.077

0.01

22936.6

0.2

22930.2

0.2

1.046

0.02

22923.9

0.1

22930.3

0.1

'Experimento con el Efecto Doppler'
='Experimento con el Efecto Doppler'
=

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'
(m/s)

'Experimento con el Efecto Doppler'
(m/s)

'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

6.6'Experimento con el Efecto Doppler'

0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

1.00004

2. 'Experimento con el Efecto Doppler'

6.5'Experimento con el Efecto Doppler'

0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

0.99994

1'Experimento con el Efecto Doppler'

15.0'Experimento con el Efecto Doppler'

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'

1.00011

2'Experimento con el Efecto Doppler'

15.03'Experimento con el Efecto Doppler'

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'

0.99989

2'Experimento con el Efecto Doppler'

26.70'Experimento con el Efecto Doppler'

3.5'Experimento con el Efecto Doppler'

1.00020

1'Experimento con el Efecto Doppler'

26.56'Experimento con el Efecto Doppler'

3.5'Experimento con el Efecto Doppler'

0.99981

1'Experimento con el Efecto Doppler'

37.14'Experimento con el Efecto Doppler'

5.0'Experimento con el Efecto Doppler'

1.00028

2'Experimento con el Efecto Doppler'

38.24'Experimento con el Efecto Doppler'

5.5'Experimento con el Efecto Doppler'

0.99972

2'Experimento con el Efecto Doppler'

Con estos datos me salen unos resultados incoherentes ya que la grafica no tiene forma rectilínea, y la pendiente obtenida no corresponde con los resultados teóricos para la velocidad del sonido.

Por eso voy a representar 'Experimento con el Efecto Doppler'
frente a la velocidad.

'Experimento con el Efecto Doppler'
(m/s)

'Experimento con el Efecto Doppler'
(m/s)

'Experimento con el Efecto Doppler'

error'Experimento con el Efecto Doppler'

6.6'Experimento con el Efecto Doppler'

0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

4.7'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

6.5'Experimento con el Efecto Doppler'

0.9'Experimento con el Efecto Doppler'

5.6'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

15.0'Experimento con el Efecto Doppler'

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'

1.1'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

15.03'Experimento con el Efecto Doppler'

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'

1.1'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

26.70'Experimento con el Efecto Doppler'

3.5'Experimento con el Efecto Doppler'

2.0'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

26.56'Experimento con el Efecto Doppler'

3.5'Experimento con el Efecto Doppler'

1.9'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

37.14'Experimento con el Efecto Doppler'

5.0'Experimento con el Efecto Doppler'

2.8'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

38.24'Experimento con el Efecto Doppler'

5.5'Experimento con el Efecto Doppler'

2.8'Experimento con el Efecto Doppler'

'Experimento con el Efecto Doppler'

Al representar estos datos tampoco obtengo un valor parecido a la velocidad del sonido, aunque esta vez, los datos se ajustan mejor a una recta.

Conclusiones:

Después de haber trabajado con las medidas tomadas en el laboratorio, he comprobado que el sonido no se propaga con la misma velocidad cuando se acerca al receptor que cuando se aleja, esto es porque las ondas sonoras son parecidas a esferas que solamente son equidistantes cuando el emisor esta en reposo. Cuando se esta moviendo estas esferas tienden a deformarse en la dirección del movimiento, es decir parecen elipsoides de diferente tamaño con un foco común. Esto es en apariencia. Lo que ocurre es que la frecuencia va como la inversa de la longitud de onda, y al moverse el foco, las longitudes de onda de cada una decrecen en el sentido de movimiento.

Por otra parte he sido incapaz de obtener el valor para la velocidad del sonido, yo creo que puede ser porque habré interpretado mal lo que el guión me pedía, aunque a mi me parecía acertado el razonamiento del cociente de las frecuencias. Y por otra parte los datos d la siguiente tabla los he puesto por si fuera que había entendido mal el enunciado.

La velocidad del sonido en el aire a 0 grados centígrados es 331 m/s según el libro de Alonso Finn. Por eso veo que mis resultados no se aproximan al valor real.

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