Ondas

Onda estacionaria, en una cuerda. Modos de oscilación. Velocidad del sonido. Frecuencia de oscilación. Vibración

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  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
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Experimento Nº1

“Onda en una Cuerda”

Objetivo:

Encontrar la relación entre la frecuencia y la tensión de ondas estacionarias en una cuerda vibrante.

Conocimientos previos:

Las variables que necesitamos para comprender ondas estacionarias de una cuerda con extremos fijos son la tensión T, la longitud L y la densidad lineal , además la velocidad v.

  • Longitud de onda: es la distancia entre dos puntos de la onda con la misma fase de oscilación.

  • Frecuencia: es el número de veces que se produce una oscilación completa de una partícula que es perturbada por una onda periódica.

  • Velocidad: es la rapidez con que se mueve la perturbación en la dirección de propagación de la onda.

Para ondas estacionarias armónicas en una cuerda de extremos fijos, son válidas las siguientes relaciones:

n = 2L/n fn = ( 1/ n ) * ( T/  )½ v = *f

donde n= 1,2,3... indica el modo de oscilación y longitud de onda permitidos en una cuerda de largo L, cuyos extremos están fijos.

Planificación:

Para realizar el experimento se montará el sistema mostrado a continuación en el método

Lo primero luego de instalar el sistema será encender el estroboscopio para poder medir la frecuencia de la onda. Luego se colocará un peso, para aumentar la tensión de la cuerda, que se irá cambiando para poder obtener mediciones distintas y así realizar el análisis de la onda mediante un gráfico.

Método:

En la realización de esta actividad se montó un sistema que consta de un estroboscopio, una cuerda de 73.8 cm y que tiene una masa de 0.852gr unas pesas con diferentes pesos, que nos sirvió para medir las ondas de la cuerda.

Cálculos:

Luego de las mediciones se obtuvo la siguiente tabla:

masa (Kg) frecuencia (Hz) tensión (N) "T ( "N)

  • 35

  • 1.0 95 9.8 3.13

    1.5 100 14.7 3.83

    2.0 111 19.6 4.43

    Con los datos se puede obtener los siguientes cálculos:

    • Longitud de la onda :  = 2*L = 2 * 0.83 = 1.66 m

    • Velocidad para la frecuencia fundamental : v = *f = 1.66 * 95 = 157.7 m/s

    • Densidad lineal de masa :  = T/ v ² = 9.8 / (157.7) ² = 3.94 E-4 Kg/m

    Conclusión:

    Con este experimento y basándonos en el resultado del gráfico de frecuencia v/s raíz cuadrada de la tensión se puede concluir que una cuerda bajo gran tensión vibra más rápidamente que una con menos tensión. Además que existe una relación entre la densidad de la cuerda y su vibración, ya que entre más densa menos vibración tiene una cuerda densa.

    En este experimento se ve que su densidad lineal es muy pequeña es por eso que la cuerda obtiene una velocidad alta y una mayor vibración a medida que se pone más tensa.

    Experimento Nº2

    “Velocidad del Sonido”

    Objetivo:

    Medir la velocidad del sonido para distintas frecuencias

    Conocimientos previos:

    Ondas estacionarias armónicas en un tubo con un extremo abierto.

    La onda sonora externa monótona excitada estacionaria dentro del tubo, cuando la frecuencia natural del tubo coincide con la frecuencia externa se escucha una resonancia.

    Entre dos puntos de resonancia hay media longitud de onda.

    /2

    Planificación:

    En este experimento se deben realizar mediciones a dos variables que son frecuencia f y longitud L de la onda sonora . Para esto debemos con el generador de audio elegir una frecuencia y luego hacer que la botella con agua suba o baje el nivel de agua del tubo para poder captar la frecuencia de la onda que se marcará en el tubo para luego poder medir la con una regla la longitud de la onda y poder obtener con los datos la velocidad del sonido.

    Método:

    Se utilizaron un tubo con agua unido a una botella también con agua a través de una manguera. En el extremo superior del tubo se colocó un parlante conectado al generador de audio. Esto se muestra en la siguiente figura.

    Cálculos:

    La tabla obtenida es:

    frecuencia (Hz) longitud (m) velocidad (m/s)

    400 0.85 340

    800 0.45 360

    1200 0.30 340

    El cálculo de la velocidad se realizó con la ecuación

    v = *f

    Conclusión

    Con el resultado obtenido en el gráfico se observó que la resonancia escuchada en el laboratorio tiene una velocidad del sonido linealmente constante que alcanzó en promedio una velocidad de 341 m/s.

    “Frecuencia de Oscilación”

    Objetivo:

    Observar las frecuencias de oscilación de sonido emitido por instrumentos musicales /micrófono - osciloscopio).

    Conocimientos previos:

    Conocer el funcionamiento de un osciloscopio y distinguir los distintos tipos de frecuencia.

    Planificación:

    En esta experiencia se observará las diferentes frecuencias de oscilación de los instrumentos musicales para así poder diferenciarlos de los sonidos más agudos de los más graves y conocer su frecuencia respectiva.

    Método:

    Para este experimento se utilizó un osciloscopio ya calibrado, un micrófono y una flauta.

    Conclusión:

    Con lo observado en el experimento podemos concluir que los sonidos más agudos tienen una frecuencia mayor que los sonidos más graves. Esto ocurrió para cada instrumento utilizado.

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