Experimento: ondas acústicas, sonido

Autor: S. Gil y E. Rodríguez.
Fuente: Física re-creativa.

Para cursos “un poquito” avanzados. El objetivo de este experimento es realizar un estudio experimental de ondas sonoras en tubos abiertos, semicerrados y cerrados, resonancias en diversos sistemas, cuantificación, frecuencias características; determinación de la velocidad del sonido, y finalmente el estudio de ondas estacionarias.
Para las Ondas Estacionarias en Tubos (Tubo de Kuntz), se dispone de un emisor acústico (parlante y audífono conectado a un generador de funciones) que puede emitir sonidos puros, es decir de una frecuencia bien definida, que puede variarse en un amplio rango de frecuencias. También se dispone de detectores de sonido (micrófonos) conectados a osciloscopios (o sistema de adquisición de datos conectada a una PC). Los sistemas físicos consisten en: a) Tubos abiertos, b) Tubos semicerrados, c) Botellas de vidrio.
Usando un tubo semicerrado (Probeta de vidrio o plástico de una altura entre 20 a 40 cm ), medir asimismo cuidadosamente las dimensiones del tubo, longutud (l) y diámetro interno (d). Para determinar sin ambigüedad las frecuencias de resonancias asociadas a la presencia del tubo, colocar el emisor y receptor de sonido enfrentados, justo en el borde abierto del tubo probeta, como se muestra en lo figura.
Tratar de ubicar las frecuencias de resonancia, variando la frecuencia del generador de funciones (G.F.) que alimenta el emisor. Cuidar que la amplitud del G.F. sea constante, esto se puede lograr monitorendo la amplitud de la señal de entrada al emisor. Las resonancias se manifiestan por un pronunciado aumento de la amplitud de la señal de salida del receptor. En otras palabras, a las frecuencias de resonancias, para una dada amplitud de la excitación de emisor, la respuesta del receptor (amplitud) tiene un máximo relativo (en un dado intervalo de frecuencia).
Determinar por lo menos las primeras 5 (cinco) resonancias en cada caso. Graficar la amplitud del receptor en función de la frecuencia aplicada. Para este estudio, tratar que la geometría del sistema (tubo, emisor, receptor, etc.)- se mantenga constante a medida que varia la frecuencia.
Para verificar que las resonancias encontradas, efectivamente están asociadas al tubo y no a características particulares del sistema emisor-receptor, retirar el tubo o probeta y repetir el estudio anterior, cuidando de pasar por las mismas frecuencias . Graficar la amplitud del receptor en función de la frecuencia aplicada, de ser posible en el mismo gráfico anterior.
¿Qué se puede concluir de este estudio acerca del origen de dichas resonancias?
Graficar las frecuencias de resonancia del tubo en función de orden n de cada resonancia, es decir el índice que identifica su aparición el cuando se incrementa la frecuencia. Tratar asimismo de determinar la frecuencia fundamental (n=0), es decir la frecuencia, por debajo de la cual no se detectan resonancias.

Contiene cálculos y fórmulas demostrativas.

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