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física del sonido y acústica

ACTIVIDADES 2. PRÁCTICAS

Práctica 2.1. Ondas estacionarias en una cuerda tensa

 

Instrucciones preliminares:

Para realizar esta práctica debe ingresar al sitio virtual:

http://www.ehu.es/acustica/bachillerato/suones/suones.html

Una vez en el sitio, siga las instrucciones para realizar lo referente a lo anunciado y realice un informe escrito, además un diagrama de V Gowin, o un mentefacto o un mapa conceptual, para la socialización.

 

Práctica 2.2 Ondas estacionarias en una columna de aire

 

Instrucciones preliminares

Para realizar esta práctica debe ingresar al sitio virtual

http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/Java/ph11s/stlwaves_2.htm

Una vez en el sitio, siga las instrucciones para realizar lo referente a lo anunciado y realice un informe escrito, además un diagrama de V Gowin, o un mentefacto o un mapa conceptual, para la socialización.

 

Práctica 2.3 Silenciador Activo de Ruido

 

https://www.youtube.com/watch?v=xIDCkdwNidU&NR=1

 

Práctica 2.4. Resonancia Acústica

 

https://www.youtube.com/watch?gl=ES&feature=related&hl=es&v=D6D6aIMSCUA

 

 

Práctica 2.5. Resonancia

 

https://www.youtube.com/watch?v=aoln5Yu6HUk

 

 

Práctica 2.6. Resonancia termo Acústica

 

https://www.youtube.com/watch?v=3qd_tuLwCRg

 

Actividad 7. PARAFRASEO

 

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad algunos términos referentes a Ondas y Sonido

Dinámica de la actividad: parafrasear, consultar y completar los términos que se listan referentes a Ondas.

a) Naturaleza de las ondas

Onda: perturbación originada por vibraciones y se propaga transportando energía pero no transporta materia.

Onda mecánica: cuando la perturbación es originada por la vibración de la materia y requiere un medio elástico para propagarse. Ejemplo: ondas sonoras

Onda electromagnética: cuando la perturbación es originada por cargas eléctricas oscilantes y se propaga en el vacío (no necesita medio material). Ejemplo: ondas luminosas 

b) Dirección de propagación

Unidimensional: cuando las ondas se propagan en una sola dirección. Ejemplo: las ondas en una cuerda

Bidimensional: cuando las ondas se propagan en dos dimensiones o en un medio plano. Ejemplo: las ondas en el agua 

Tridimensional: cuando las ondas se propagan en tres dimensiones o en el espacio. Ejemplo: las ondas sonoras. 

c) Tipos de ondas:

Transversales: se propagan perpendicularmente a la dirección de propagación de la vibración. Ejemplo: ondas en una cuerda

Longitudinales: se propagan en la misma dirección de propagación de la vibración. Ejemplo: sonido 

Mixtas: tienen vibraciones transversales y longitudinales. Ejemplo: ondas en líquidos 

 

Actividad 8. PARAFRASEO

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad algunos términos referentes a Ondas y Sonido.

Dinámica de la actividad: parafrasear, consultar y completar los términos que se listan referentes a Ondas.

d) Fórmulas

Frecuencia:_____________

Periodo: _______________

Rango de frecuencias:

Ultrasónicas: _______________

Audibles: __________________

Infra-sónicas: ______________

Velocidad: v=λ*f 

Longitud de onda: λ = v / f = v*T 

e) Fenómenos ondulatorios

Reflexión: ____________________

Refracción: ____________________

Interferencia: superposición de ondas; puede ser constructiva en fase o no, destructiva en contrafase

Polarización: cuando una onda que vibra en varias direcciones pasa a vibrar en una sola dirección

Dispersión: separación de la luz blanca en sus componentes

Resonancia: transferencia de energía de un sistema oscilante (emisor) a otro sistema oscilante (receptor) estando ambos sistemas a la misma frecuencia natural (tanto del emisor como del receptor). 

Responsables Actividad 3.8: Diego Mauricio Rodríguez, Juan David López Orozco

 

Actividad 9. PARAFRASEO

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad algunos términos referentes a Ondas y Sonido.

Dinámica de la actividad: parafrasear, consultar y completar los términos que se listan referentes a Ondas.

f) Altura del sonido

Sonido alto (agudo): alta frecuencia

Sonido bajo (grave): baja frecuencia

g) Intensidad o volumen

Sonido fuerte: amplitud alta

Sonido débil: amplitud baja

h) Nivel del sonido

N = 10 Log I/I0

I es: ________________

I0 es: _______________

i) Timbre

Cada instrumento emite ondas conformadas por la propiedad del efecto Doppler

Frecuencia: fo= ___________

j) Luz: onda electromagnética transversal

V = √ (f/ ρ) (ecuación de Taylor)

ρ = m / L Kg/m

f = n*v/(2L)

n = # de vientres

 

Actividad 10. PARAFRASEO

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad algunos términos referentes a Ondas y Sonido.

Dinámica de la actividad: parafrasear, consultar y completar los términos que se listan referentes a Ondas.

k) Frecuencia en función de número de vientres n y longitud L, para Tubos sonoros

Abiertos: f = (n) v / 2L

Cerrados: f = (2n - 1) v / 4L

Ondas mecánicas longitudinales: se producen en fluidos y sólidos

l) Frente de onda: conjunto de todos los puntos medios que en determinado instante son ______________ por la onda que se propaga.

m) ¿En qué consiste el Principio de Huygens?

n) ¿En qué consiste la Difracción del sonido?

o) ¿cuál es la ecuación de onda.

p) Ondas

Cuando se perturba cualquier sistema mecánico estable la respuesta de la naturaleza es ________ ___________________________________ La esencia de una onda mecánica está dada por _______ _____________________________ ___________ cuando se perturba un oscilador mecánico unido a otros.

q) Onda transversal

Si la ola de agua no es una onda longitudinal ni una onda transversal, la ondulación de la superficie del agua se produce ____________________________________ cada uno de ellos desplazados levemente del siguiente dando en conjunto _______________________________________________________ .

 

Actividad 11 Efecto Doppler para el sonido

 

Actividad 12 Recepción del sonido y audibilidad

 

Actividad 13 Pulsaciones

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Documento construido y publicado por esther londoño a

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Algunas investigaciones en el departamento de Optoelectrónica de Uniquindio

a continaución aparecen los resumennes de algunas investigaciones que se realizan en el departamtne de investigación de Optoelectrónica de la universidad del Quindio en la ciudad de Armenia

Identificación de algunos compuestos responsables del sabor en el café

  • Autores: L.A. Cuéllar, J.I. Agudelo, R. Pachón, G.A. Mendoza, J.F. Gómez, O.A. Marín, D. Bohórquez
  • Localización: Revista de la Sociedad Colombiana de Física, ISSN 0120-2650, Vol. 37, Nº. 1, 2005 , pags. 13-16
  • Resumen:
    • En este trabajo se estudian las propiedades organolépticas de muestras comerciales de café tostado. Algunos compuestos químicos responsables de dichas propiedades: como fenoles (2-4-6 triclo-rofenol) antracenos y benzofuranos fueron identificados mediante espectroscopía de absorción ultravioleta. Los datos epectroscópicos obtenidos a partir de fotoacústica indican la presencia de carotenoides. La influencia de los compuestos químicos antes mencionados sobre las propiedades organolépticas del café ha sido identificada cualitativamente a partir de modelos de aromas[1,2]. Por medio de la técnica de resonancia paramagnética electrónica (EPR) se detectó la presencia del radical Mn2+.

 

 

Relación entre difusividad térmica y humedad de café verde

  • Autores: J.D. Duque-Ocampo, H. Ariza-Calderón, F. Gordillo-Delgado, L.F. Marín-Ramírez
  • Localización: Revista de la Sociedad Colombiana de Física, ISSN 0120-2650, Vol. 37, Nº. 1, 2005 , pags. 62-66
  • Enlaces
  • Resumen:
    • El cultivo de café orgánico y la exportación de café tostado y molido surgen actualmente como posibles soluciones para superar la crisis cafetera colombiana, sin embargo ambos procesos necesitan acreditación científica. La técnica fotoacústica (FA) de celda abierta permite medir la difusividad térmica de materiales orgánicos e inorgánicos, lo cual la convierte en una herramienta poderosa para el estudio del transporte de calor y por lo tanto fundamental en la optimización del procesado de alimentos. En este trabajo se reportan medidas de difusividad térmica tomadas por medio de esta técnica a muestras de café orgánico verde (café en almendra) de variedad caturra con diferentes porcentajes de humedad (8%-16%), provenientes de la región cafetera de Risaralda. En estas medidas se analizaron tanto la amplitud como el retardo en la fase de la señal FA de acuerdo con el modelo de Rosencwaig-Gersho. Los resultados muestran una clara dependencia entre el contenido de humedad y la difusividad térmica, de tal forma que es posible usarlos como información para definir la temperatura y el tiempo de tostión adecuados.

 

Fotorreflectancia a baja temperatura en GaInAsSb/GaSb

Autores: G. A. Alvarez, J.J. Prías-Barragán, H. Ariza-Calderón, D.G. Espinosa-Arbeláez, L. Tirado-Mejía

  • Localización: Revista de la Sociedad Colombiana de Física, ISSN 0120-2650, Vol. 37, Nº. 1, 2005 , pags. 138-141
  • Enlaces
  • Resumen:
    • En este trabajo se presenta el análisis de espectros de fotorreflectancia (FR) tomados en el rango de temperatura de 12K a 100K, de una película de GaxIn(1-x)AsySb(1-y)/GaSb crecida mediante la técnica de epitaxia en fase líquida (EFL). Los ajustes se realizaron con formas de línea lorentziana de primera derivada para la transición excitónica Ex y de tercera derivada para la transición inter-banda Eo. Los parámetros que describen la variación de la energía de las transiciones electrónicas con la temperatura fueron evaluados mediante las relaciones semiempíricas de Varshni y del tipo Bose-Einstein. El comportamiento del ensanchamiento con la temperatura fue descrito por relacio-nes del tipo Bose-Einstein, encontrándose que el proceso dispersivo principal puede estar relacio-nado con la interacción de electrones con la red.

Tomado de:

http://dialnet.unirioja.es/servlet/listaarticulos?tipo_busqueda=VOLUMEN&revista_busqueda=6568&clave_busqueda=37

 

Determinación del estado de maduración de tomates por métodos espectroscópicos

  • Autores: David Rivas, Efraín Solarte, Elena Montilla, Mauricio Reyes
  • Localización: Revista de la Sociedad Colombiana de Física, ISSN 0120-2650, Vol. 38, Nº. 1, 2006 , pags. 241-244
  • Resumen:
    • El proceso manual de selección de frutos se fundamenta en resultados de inspección visual sobre el reconocimiento del color del fruto. Disponer de la información espectral que permita el reconoci-miento de color o el empleo de visión artificial para guiar el proceso de selección es necesario para automatizar el proceso de determinación del estado de maduración. En este trabajo se presentan los resultados del análisis espectral de la luz reflejada por tomates (chonto) en diferentes estados de maduración y se establece la correlación entre las características espectrales y el grado de madu-rez.

 

 

Aprovechamiento de microsismicidad inducida en cuencas petroleras

  • Autores: M. H. J. Meyer, A. García
  • Localización: Revista de la Sociedad Colombiana de Física, ISSN 0120-2650, Vol. 38, Nº. 1, 2006 , pags. 281-284
  • Enlaces
  • Resumen:
    • La microsismicidad generada en procesos de producción de hidrocarburos permite investigar as-pectos del proceso sísmico y de estructuras y procesos relevantes a la producción misma, aprove-chando las particulares condiciones dadas por la intervención controlada del macizo rocoso, esfor-zado con fluidos. En una cuenca petrolera tectónicamente activa determinamos parámetros de ani-sotropía sísmica y a partir de estos inferimos la dirección del esfuerzo horizontal máximo ?1 = 144º, coincidente con datos regionales reportados a partir de mediciones geodésicas, sismológicas y de pozos; en total logramos modelar tres direcciones de fracturas (azimuts de 144º, 60º y 22º); las dos primeras coinciden con las direcciones de fractura principales relacionadas con plegamien-to, conocidas a partir de estudios de núcleos y sondeos de perforación. Encontramos tres estructu-ras anisotrópicas, diferenciadas a partir de tiempos de recorrido fuente-estación, la mas profunda con fracturas de los tres tipos identificados, una segunda intermedia y la menos profunda con sólo fracturas de 144º. Identificamos el fenómeno de eventos repetidores, que permiten reducir las in-certidumbres inherentes de localización hipocentral e identificar segmentos específicos de estruc-turas activas, así como monitorear con alta resolución cambios en las estructuras conductoras a través del tiempo.

 

Tomado de:

http://dialnet.unirioja.es/servlet/listaarticulos?tipo_busqueda=VOLUMEN&revista_busqueda=6568&clave_busqueda=38

 

Centro de excelencia n Nuevos Materiales CNM

http://www.cenm.org/documents/A_2-Primer_Informe_Avance.pdf

Práctica de laboratorio

A continuacion aparecen dos practicas de laboratorio de la unidad temática Sonido y Acústica:

Práctica 1. Ondas estacionarias en una cuerda tensa.

Práctica 2. Ondas estacionarias en una columna de aire

Muchos éxitos,

estherl

10,2

ACTIVIDADES

A contnuacion aparecen cinco Actividades de Aprendizaje propuesta de la unidad temática: Sonido y Acustica

Actividad 1.

Actividad 1.1 Orientación teórica 1.

Actividad 1.2 Orientación teórica 2.

Actividad 2. Ondas estacionarias en una cuerda tensa. Orientación teórica 3.

Actividad 3. Ondas estacionarias en una columna de aire de aire. Orientación teórica 4.

Actividad 4. Resonancia

Actividad 5. Ejercicios numéricos.

Muchos éxitos,

estherl

10,2

Práctica 2. Ondas estacionarias en una columna de aire

Instrucciones preliminares

Para realizar esta práctica debe ingresar al sitio virtual, para lo cual tiene dos opciones:

primera opción: hacer clic en el enlace correspondiente a la práctica

segunda opción:copiar pegar la dirección:

 http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/Java/ph11s/stlwaves_2.htm

 

Tema: Ondas estacionarias en una columna de aire

Objetivo: facilitar el estudio de ondas estacionarias en una columna de aire en un tubo abierto y en un tubo cerrado y establecer relaciones entre

a) el modo normal de vibración de la columna de aire y la longitud de onda, cuando el tubo es abierto y cuando el tubo es cerrado

b) la frecuencia en estado de resonancia de una columna de aire que vibra y la longitud del tubo cuando el tubo es abierto y cuando el tubo es cerrado

c) el número de vientre y el número de nodos cuando el tubo es abierto en ambos extremos, cuando es abierto en un extremo y cuando es cerrado en ambos extremos

d) calcular la velocidad del sonido (para tubo abierto y para tubo cerrado).

Dinámica de la actividad: realice el pre-informe antes del experimento y el informe después de hacer la práctica virtual en:

http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/Java/ph11s/stlwaves_2.htm

FASE I_REALIZACIÓN DEL PREINFORME

  1. LISTADO DE OBSERVABLES

Los observables son las variables que se medirán durante la realización de la práctica para luego analizar su dependencia con otras variables mediante relaciones matemáticas bien definidas y mediante gráficas, de las cuales llegaremos a conclusiones y generalizaciones. (complete el cuadro siguiente previamente a la realización de la práctica)

Observable

Clase de medición

Unidades

(SI)

Cómo o con qué hará la medición

Frecuencia de oscilación (f)

 

Hz

frecuencímetro

Longitud del tubo L

Directa

m

cinta métrica

Longitud de onda (λ)

     

NOTA: La medición es directa si hace con un aparato de medición como balanza, cinta métrica, transportador, dinamómetro. La medición es indirecta si se hace en forma analítica o aplicando fórmulas. 

2. FORMULACION DEL PROBLEMA EN FORMA DE PREGUNTA

Para una columna de aire que vibra en un tubo:

a) ¿Cómo será la relación entre el modo normal de vibración de la columna de aire y la longitud de onda, cuando el tubo es abierto y cuando el tubo es cerrado?

b) ¿Cómo será la relación entre la frecuencia en estado de resonancia de una columna de aire que vibra y la longitud del tubo cuando el tubo es abierto y cuando el tubo es cerrado?

c) ¿Cómo es la relación entre le número de vientre y el número de nodos cuando el tubo es abierto en ambos extremos, cuando es abierto en un extremo y cuando es cerrado en ambos extremos?

d) Calcule en cada caso la velocidad del sonido (para tubo abierto y para tubo cerrado). Compare el valor obtenido con el calculado a través de la expresión v = 333.5 + 0, 607T, donde T es la temperatura en grados Celsius medida en su sitio de trabajo. 

3. HIPÓTSIS PROPUESTAS

Estas son las posibles respuestas a cada una de cada una de las preguntas realizadas en el paso anterior y se escriben antes de realizar el experimento.

a)

b)

c)

FASE II_REALIZACIÓN DEL INFORME

4. COMPROBACION EXPERIMENTAL 

Describa el procedimiento incluyendo las dificultades encontradas y como fueron superadas; tabule las lecturas experimentales, haga las gráficas y el análisis de las mismas y todas las anotaciones que sean consideradas pertinentes con cada problema formulado, las hipótesis propuestas, las conclusiones y las generalizaciones. 

5. CONCLUSIONES

Consiste en verificar o falsear HIPOTESIS en forma justificada

a)

b)

6. GENERALIZACION

Consiste en citar leyes, principios o hechos que generalizan tales conclusiones. 

7. BIBLIOGRAFÍA (escriba solo la bibliografía consultada, para ello tenga presente las normas)

Forma de entrega: registrar en papel a mano con exceletne presentación ; además socializar en el aula de clase.

Fecha máxima de entrega: el acordado en el salón de clase

¡Muchos éxitos!

NOTA: es recomendable realizar cada actividad dentro de la fecha establecida, ello implica un poco de auto-disciplina, un poco de responsabilidad y un poco de interés; además ayuda al estudiante para mejorar su capacidad de interpretar apropiadamente la información y adquirir nociones generales con cierta claridad sobre los temas programados, fortalecer su autonomía, su organización, su administración adecuada del tiempo y lograr mejor rendimiento académico en su proceso en general. 

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Actividad 2. Ondas estacionarias en una cuerda tensa. Orientación teórica 3.

Actividad 2. Ondas estacionarias en una cuerda tensa. Orientación teórica 3.

figura 1

Orientación teórica 3 . Brinda el referente teórico para realizar el laboratorio virtual 1. Ondas estacionarias en una cuerda tensa.  

 Equipo de trabajo: (por favor escriba la identificación del equipo corresondiente que realizó la actividad)

Fecha realización consulta: (por favor escriba la fecha en realizó la consulta)

Fecha socialización:(escriba la fecha) 

Tema: Ondas estacionarias 

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad en qué consiste el fenómeno de ondas estacionarias en una cuerda tensa que vibra

Dinámica de la actividad: responda el cuestionario de 16 preguntas, después de estudiar y entender la información que se presenta a continuación y complementar si es necesario consultando respecto a las oscilaciones de una cuerda tensa en la bibliografía y web grafía recomendadas.

Considérese una cuerda de longitud L y densidad lineal de masa μ, sujeta en los extremos x = 0 y x = L.

Si la cuerda se hace oscilar en un punto arbitrario intermedio entre sus dos extremos fijos por medio de un vibrador conectado a un generador de ondas senoidales, conformará un oscilador forzado. Un análisis de las ondas incidentes y reflejadas que se forman en la cuerda (1) lleva a la siguiente función de onda como solución de la ecuación diferencial unidimensional de onda:

Ψ (x, t) = (A sen kx + B cos kx) senωt (ecuación 1)

Claramente ψ (x, t) no describe una onda viajera ya que x y t no están involucrados en el argumento de esta función en la forma (x ± v t). Esto da como resultado una amplitud que tiene la característica de ser fija para cada punto particular de la cuerda, pero variable de un punto a otro a lo largo de la misma. La expresión para la amplitud será entonces:

ψ (x, t) = (A sen kx + B cos kx) (ecuación 2)

Las constantes A y B se determinan con las condiciones iniciales.

Así la expresión:

ψ (x, t) = Φ(x) senωt

indica que cada punto de la cuerda tiene un movimiento armónico transversal de frecuencia ω.

Cuando la cuerda esté en resonancia con el agente externo que produce el movimiento, se presentarán los distintos modos propios de oscilación y los desplazamientos transversales tendrán su máxima amplitud.

Para encontrar las frecuencias fn correspondientes a los modos propios de oscilación se utilizan las siguientes condiciones de frontera:

ψ (0,t)=0

ψ (L,t)=0

De la primera condición de frontera se obtiene (reemplazando en la ecuación 1):

[Asen k(0) + B cos k(0)] senωt = B senωt = 0

Por lo tanto B = 0 y la ecuación (1) queda de la siguiente manera:

ψ (x, t) = A sen kx senωt

De la segunda condición de frontera se obtiene:

Asen(Kl) sen(ωt) = 0

En esta ecuación A y senωt deben ser diferentes de cero. Por tanto:

Sen( kL) = 0

Lo cual es válido para kL = n Π con n = 1, 2, 3...

Figura 1: Ondas estacionarias en la cuerda.

Utilizando las expresiones del movimiento ondulatorio

k = 2 Π/λ 

y v = λ*f 

donde k y v son el número de onda y la velocidad de propagación de la onda respectivamente, se obtiene la siguiente expresión para las frecuencias correspondientes a los modos propios de oscilación de la cuerda:

fn =nv / 2L

De la dinámica asociada a las ondas transversales en una cuerda, la velocidad de propagación de ellas a lo largo de la misma está dada por:

v = √(F/ μ)

Siendo F la fuerza o tensión en la cuerda.

La expresión para las frecuencias propias queda en definitiva:

fn =(n / 2L) √(F/ μ) (3)

n = 1 corresponde al modo fundamental:

f1 =(1/2L) √(F/ μ)  

n = 2 corresponde al segundo armónico,

n = 3 al tercero y así sucesivamente, siendo cada uno de ellos múltiplos de la frecuencia fundamental en la forma:

f2 =2f1,

f3 = 3f1 ...

y así sucesivamente.

También n es el número de vientres de las ondas estacionarias como se muestra en la Figura 1.

Cuestionario ACTIVIDAD 2

El cuestionario consta de 17 numerales, los cuales pueden resueltos después de realizar las consultas indicadas y el laboratorio virtual indicado.

1. ¿Cómo puede calcular la densidad de una cuerda que vibra?  

2. ¿Cuál es la diferencia entre ondas estacionarias y ondas viajeras?

3. Explique gráficamente los modos de resonancia de una cuerda fija en ambos extremos.

4. Considérese una cuerda de longitud constante L que está vibrando en el modo fundamental o en el segundo armónico, ¿cómo es la relación entre frecuencia f y tensión F?

5. Considérese una cuerda con una tensión constante aplicada F que está vibrando en el modo fundamental o en el segundo armónico constante, ¿cómo es la elación entre la frecuencia y la longitud?

6. Construya en papel milimetrado una gráfica de frecuencia f en función del número de vientres n. ¿Qué clase de curva obtiene? ¿Cómo varía la frecuencia en función de los vientres?

7. Si la gráfica en el numeral anterior es una línea recta, ¿cómo obtendría el valor de la densidad de masa μ?  

8. Determine la densidad de la cuerda mediante la expresión:

μ =m / ℓT

Donde:

m es la masa de la cuerda

T la longitud total de la cuerda

9. Compare en términos de porcentaje el valor de μ obtenido en los pasos 7 y 8

10. Construya un gráfico de frecuencia f en función de la tensión F. ¿Cómo es esta relación?

11. Construya un gráfico en papel milimetrado de frecuencia f en función de 1/L. ¿cómo es esta relación?

12. ¿cómo es la variación de la frecuencia respecto a la longitud de la cuerda?

13. ¿cómo escribiría la relación de comportamiento de la frecuencia en función de las variables discutidas en los pasos anteriores?

14. Cuando la cuerda está en resonancia, ¿por qué permanece finita la amplitud de vibración?

15. Cite fenómenos y aplicaciones donde se presenten ondas estacionarias.

16. Algunos cantantes pueden romper un vaso de vino al mantener cierto tono de voz. ¿Cómo se puede explicar esto?

17. Mediante diagramas explique los modos de resonancia de una cuerda fija en ambos extremos  

Forma de realización: registrar en papel con letra a mano, excelente presentación, buena ortografía y redacción, extensión máxima por término: tres renglones por cada uno.

Modalidad: grupal 

Forma de entrega: registrar en papel con excelente presentacion, a mano y  además socializar en el aula de clase.

Fecha máxima de entrega: la acordad en el salon de clase


NOTA: es recomendable realizar cada actividad dentro de la fecha establecida, ello implica un poco de auto-disciplina, un poco de responsabilidad y un poco de interés; además ayuda al estudiante para mejorar su capacidad de interpretar apropiadamente la información y adquirir nociones generales con cierta claridad sobre los temas programados, fortalecer su autonomía, su organización, su administración adecuada del tiempo y lograr mejor rendimiento académico en su proceso en general. 

BIBLIOGRAFIA

(1) FISICA volumen II: campos y ondas Alonso-Finn, sección 22.5

Además los textos referenciados en el tema Bibliografía los cuales se encuentran en la biblioteca de la institución

WEBGRAFÍA

los sitios referenciados en Webgrafía Actividad 1

xtr-10,2

SOLUCIÓN ACTIVIDADES.
Unidad: Sonido y Acustica

Slución ACTIVIDAD

La reflexión consiste en el regreso en sentido contrario a la dirección de llegada de parte de la onda que incide.

Por ejemplo: en una dimensión: una pelota que cae al piso perpendicularmente rebota exactamente en la misma dirección en que cayó; en dos dimensiones: si la pelota cae al piso formando un ángulo no normal, rebotará formando el mismo ángulo en otra dirección; lo mismo ocurre con la luz (Ley de la reflexión).

La acústica estudia las propiedades del sonido. Un eco es un sonido reflejado, el sonido se refleja en todas las superficies de una habitación como paredes, techo, piso, muebles y personas; un diseñador de oficinas, fabricas, auditorios conoce esta propiedad del sonido. La reverberación se debe a la reflexión de múltiples sonidos, produciéndose un sonido confuso.

La refracción consiste en la propagación de las ondas cambiando de velocidad al pasar de un medio a otro.

El frente de onda está formado por las líneas que representan la posición de diferentes crestas, o también por las líneas que representan la posición de diferentes valles o de cualesquiera  posiciones continuas de la onda que está vibrando de la misma manera simultáneamente.  

 La difracción consiste en toda desviación de una onda que no se debe a la reflexión o a la refracción; también se presenta cuando hay obstrucción para le paso de una onda.  El grado de difracción depende del tamaño de la longitud de onda en comparación con las dimensiones de la obstrucción que proyecta la sombra, cuanto más larga la onda comparada con las dimensiones de la obstrucción mayor será la difracción.

Por ejemplo: las ondas largas llenan mejor las sombras, por ello las sirenas de niebla emiten ondas sonoras para llenar los puntos ciegos.

El delfín reproduce señales sonoras que dibujan la imagen de su entorno y percibe mejor los detalles por medio de longitudes de onda más pequeñas al examinar su entorno con sonido de alta frecuencia o ultrasonido.

Las ondas de radio AM  son muy largas comparadas con el tamaño de la mayoría de los objetos que encuentran a su paso. Las ondas largas no ven los edificios relativamente pequeños que hay en su camino, las cuales se difractan o se desvían fácilmente en torno a los edificios para llegar a más lugares que las ondas más cortas.

Las ondas de radio de FM son más cortas, no se difractan tanto alrededor de los edificios y no se reciben también como las ondas AM en las cañadas urbanas, por lo que en muchos lugare la recepciçon de FM es deficiente mientras que la de AM es perfectamente recibida.

Casi todos los canales de Tv emiten a menores longitudes de onda que FM, por lo que presentan menos difracción que la FM, pero algunos canales tiene longitudes de onda mayores de FM.

Para ver objetos muy pequeños en el microscopio, por la difracción de la luz puede suceder que: la imagen se vea borrosa, lo cual ocurre cuando el tamaño del objeto es igual a la longitud de onda de la luz; la imagen no se vea, lo cual ocurre cuando el tamaño del objeto es menor que la longitud de onda de la luz.

En toda sombra ocurre difracción en alguna medida creando franjas de difracción en el borde las sombras.

Interferencia de las ondas

Interferencia constructiva, cuando a cresta de una onda se superpone a la cresta de otra onda, los efectos individuales se suman.

 Interferencia destructiva, cuando a cresta de una onda se superpone al valle de otra onda, los efectos individuales se reducen.

Solución Cuestionario ACTIVIDAD

El cuestionario consta de 16 numerales, los cuales puede resolver después de estudiar la orientación teórica y completar las consultas indicadas.  

1. Ilustre gráficamente los patrones de resonancia para ondas de presión en tubos abiertos y cerrados.

R/ta. consulte la figura para los diferentes tubos: abiertos, cerrados

 

2. Explique la relación existente entre las ondas de desplazamiento y las ondas de presión en una columna de aire.

R/ta. La Figura consultada se muestran el tono fundamental y algunos sobre-tonos para la onda ψ de desplazamiento. Estos están desfasados 90⁰ con las ondas de presión.

3. Calcule la frecuencias de resonancia para los primeros cinco modos de oscilación de la columna de aire en un tubo abierto y en un tubo cerrado, utilizando las ecuaciones (1) y (2) respectivamente. Se debe tener en cuenta las correcciones de la longitud del tubo presentadas en la ecuación (3) y (4).

R/ta. para tubo abierto: fn = (n/2L) v, n = 1, 2, 3... (ecuación 1) 

Para tubo cerrado: fn =(n/4L)v, n = 1, 3, 5, ... (ecuación 2)

4. Explique gráficamente los modos de resonancia de una columna de aire en:

a) un tubo abierto  

 

b) un tubo cerrado   

R/ta. Figura consultada en el punto 1 

5. Considérese un tubo al cual se le puede variar la longitud, si la columna de aire dentro del tubo  vibra en el modo fundamental o en el segundo armónico, ¿cómo es la relación entre frecuencia f y la longitud del tubo? Cuando

a) el tubo es cerrado

b) el tubo es abierto

Construya un gráfico en papel milimetrado de frecuencia f en función de 1/L para cada caso. ¿cómo es esta relación?

R/ta. a) para un tubo abierto ecuación 1: fn = (n/2L) v, n = 1, 2, 3... de donde la relación es f1 = v/2L, cuando v es constante, la relación entre la frecuencia y la longitud del tubo es inversa multiplicativa, si la longitud disminuye la frecuencia aumenta y si la longitud aumenta, la frecuencia disminuye en la proporción de 1/2 

b) para un tubo cerrado ecuación 2: fn =(n/4L)v, n = 1, 3, 5, ... de donde la relación es f1 = v/4L, cuando v es constante, la relación entre la frecuencia y la longitud del tubo es inversa multiplicativa, si la longitud disminuye la frecuencia aumenta y si la longitud aumenta, la frecuencia disminuye en la proporción de 1/4 

6. Construya en papel milimetrado una gráfica de frecuencia f en función del número de vientres n en:

a) un tubo cerrado

b) un tubo abierto

Para cada caso: ¿Qué clase de curva obtiene? ¿Cómo varía la frecuencia en función de los vientres?

R/ta. para un tubo abierto ecuación 1: fn = (n/2L) v, n = 1, 2, 3... de donde la relación es fn = n(v/2L), cuando v y L son constantes, la relación entre la frecuencia y el número de vientres es directa, si el número de vientres aumenta la frecuencia aumenta, si el número de vientres disminuye la frecuencia disminuye. 

b) para un tubo cerrado ecuación 2: fn =(n/4L)v, n = 1, 3, 5, ... de donde la relación es fn = nv/4L, cuando v y L son constantes, la relación entre la frecuencia y el número de vientres es directa, si número de vientres aumenta la frecuencia aumenta, si el número de vientres disminuye la frecuencia disminuye.

 7. ¿Cómo escribiría la relación de comportamiento de la frecuencia en función de las variables discutidas en los pasos anteriores?

R/ta. Numeral 5: fn α /2L para tubo abierto; fn α 1/4L para tubo cerrado 

Numeral 6: : fn α n, n  = 1, 2, 3.. para tubo abierto; : fn α n, n = 1, 3, 5... para tubo cerrado 

9. Para cada configuración del tubo (abierto y cerrado) con las condiciones:

L = 90cm

diámetro d = 31mm

 

a) Calcule la frecuencia de resonancia más baja (L = λ/2)

b) halle frecuencias superiores (deberá multiplicar la frecuencia calculada más baja por números enteros)

 

R/ta. Para un tubo abierto:

L’ = L + 0.8d  (ecuación 3)

 

L’ = 0,90 m + 0.8*0,031m = 0, 9248m

2 L’=18,0248 m

 

fn = (n/2L) v n = 1, 2, 3... 

v=343,5 m/s en el aire a 20⁰.

f1 = (1/2L) v= (1/18,0248m)343,5 m/s =  

f2 = 2* f1=

f3 = 3* f1=

f4= 4* f1=

f5 = 5* f1==

 

Para un tubo cerrado:

L’ = L + 0.4d  (ecuación 4)

 

L’ = 0,90 m + 0.4*0,031m = 0,9124 m

4 L’ =36,0496 m 

 

fn =(n/4L)v n = 1, 3, 5, ...

v = 343,5 m/s en el aire a 20⁰.

f1 = (1/36,0496) 343,5 m/s =  

f3 = 3*f1= 

f5 = 5*f1= 

 

10.  ¿Es la serie de números que usted ha calculado en el paso anterior el mismo para tubo cerrado que para tubo abierto?

R/ta. No, porque para tubo abierto es la f1 multiplicada por números enteros consecutivos; para tubo cerrado es la f1 multiplicada por números enteros impares

 

11. ¿Qué configuración de tubo dará una serie consecutiva de números enteros?

R/ta. un tubo abierto 

 

13. ¿Qué analogía encuentra entre las ondas estacionarias de una cuerda y las ondas estacionarias en tubos abiertos y cerrados?

R/ta. una rarefacción en la columna de aire equivale a un antinodo en la cuerda y una compresión en la columna de aire equivale a un nodo en la cuerda 

 

14. ¿Qué interpretación física tienen los modos propios de oscilación en tubos abiertos y cerrados?

R/ta. Los modos propios de oscilación determinan la condición del tubo: abierto o cerrado y determinan la existencia de armónicos o de sobretonos.

Un tubo esta cerrado cuando las dos extremidades donde reina una presión constante son nudos de presión, vientres de vibración.

Un tubo esta cerrado cuando la extremidad opuesta a la boca tiene fondo. Se produce entonces un nudo de vibración en ese fondo, pero un vientre subiste en la boca del tubo.

Un tubo cerrado da la misma nota que un tubo abierto de longitud doble (tubo de órgano).

 

15. Compare la velocidad del sonido en sólidos, líquidos y gases. Explique por qué son diferentes.

R/ta. La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

Aunque la velocidad del sonido no depende de la frecuencia ni de la longitud de onda, sí es importante su atenuación. Este fenómeno se explica por la ley cuadrática inversa, que afirma que la intensidad sonora disminuye de forma proporcional al cuadrado de la distancia.

Medios de propagación  

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

La velocidad del sonido varía ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración y este aumento de actividad hace que aumente la velocidad.

Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases.

  • La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 15 °C) es de 340 m/s (1.224 km/h)
  • En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.
  • En el agua (a 25 ºC) es de 1.493 m/s.
  • En la madera es de 3.900 m/s.
  • En el acero es de 5.100 m/s.

 

 

16. Consulte aplicaciones de ondas estacionarias en una columna de aire.

R/ta.

Los instrumentos de viento son aquellos que contienen un volumen gaseoso capaz de producir sonido al ser convenientemente excitado. El cuerpo sonoro es el volumen gaseoso y no el recipiente que lo contiene; el recipiente tiene la importante función de definir la forma del volumen gaseoso pero fuera de esto influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros.

Los instrumentos de viento, por ejemplo las trompetas no suenan de cualquier forma, para que al soplar emitan una nota se tiene que cumplir que la vibración de los labios tengan una frecuencia capaz de producir resonancia con el aire que hay en el interior del tubo.

Los instrumentos musicales de viento puedn clasificarse de la siguiente manera:

Según el número de aberturas que poseen pueden ser:

Abiertos, los que poseen dos o más aberturas

Solución laboratorio 2. Ondas estacionarias en una columna de aire. Laboratorio Virtual 2

Estudie detenidamente las respuestas de la actividad 2

Actividad 3. Ondas estacionarias en una columna de aire. Orientación teórica 4

Identificacion del equipo de trabajo

Fecha realización consulta: (a continuación por favor, escriba la fecha de consulta)

Fecha socialización: (a continuación por favor, escriba la fecha de socialización)

Tema: Ondas estacionarias

Objetivo: el estudiante estará en capacidad de expresar con coherencia y claridad en qué consiste el fenómeno de ondas estacionarias en una columna de aire.

Dinámica de la actividad: responda el cuestionario de 16 preguntas, después de estudiar y entender la información que se presenta a continuación y complementar si es necesario consultando respecto a las oscilaciones de una cuerda tensa en la bibliografía y web grafía recomendadas.

Análogamente a como se producen las ondas estacionarias en una cuerda, se producen las ondas estacionarias en una columna de aire confinado en un tubo por la superposición de ondas longitudinales incidentes y reflejadas en el interior del mismo tubo en estado de resonancia. En una columna de aire los modos propios de oscilación no se pueden ver a simple vista como sucede en una cuerda; los modos propios existen como arreglos de las moléculas de aire llamados condensaciones y rarefacciones.

La función de onda en estado estacionario para una columna de gas confinada dentro de un tubo de longitud finita, así como para el caso de la cuerda (1), puede escribirse en términos de la ecuación:

ψ(x, t) = (Asen (kx) + Bcos (kx)) senωt

Las frecuencias de resonancia fn correspondientes a los distintos modos de oscilación de la columna de aire, se obtienen de la misma manera como se consideró en la cuerda tensa, aplicando las diferentes condiciones de frontera. Estas determinan la condición del tubo, el cual puede ser:

a) abierto en ambos extremos b) abierto (en un extremo) c) cerrado (en ambos extremos)

a) Tubos abiertos en ambos extremos

Cuando las condiciones de frontera son:

ψ (x ,t) /∂x |x=0 = 0; ψ (x,t) /∂x |x=L = 0;

Lo que significa que en x = 0 y en x = L, las moléculas de aire tienen un valor máximo de desplazamiento a partir de su posición de equilibrio, definiendo un tubo abierto en ambos extremos.

Las frecuencias de resonancia correspondientes a los distintos modos propios de oscilación de la columna de aire en un tubo abierto en ambos extremos se encuentran aplicando estas condiciones de frontera en forma análoga a como se hizo para el caso de ondas estacionarias en la cuerda:

fn = (n* vs /2L); para n = 1, 2, 3... (ecuación 1)

Donde vs es la velocidad del sonido en el aire. En un tubo abierto existen todos los sobre-tonos posibles matemáticamente por lo que se corresponden con los armónicos y las frecuencias de resonancia fn también se conocen con el nombre de armónicos.

Los tubos abiertos entran en resonancia con un sonido cuando su longitud es un múltiplo de λ/2

En un tubo abierto el aire vibra con su máxima amplitud en ambos extremos.

Para un tubo abierto de longitud L, como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda se tiene que:

L=λ/2; L=2λ2; L=3λ/2 L=4λ/2; L=5λ/2...

en general: L=n λ/2, para n=1, 2, 3, 4, 5... un número entero

Considerando que : λ=Vs/f (velocidad del sonido dividido por la frecuencia)

Las frecuencias de los distintos modos de vibración se pueden expresar como:

fn = n* vs /2L; con n = 1, 2, 3, …

n = 1 corresponde al modo fundamental: f1 = (1/2L) * vs;

n = 2 corresponde al segundo armónico: f2 = (2/2L) * vs

n = 3 corresponde al tercer armónico: f3= (3/2L) * vs

y así sucesivamente, siendo cada uno de ellos múltiplos de la frecuencia fundamental en la forma:

fn = n* vs /2L= n* f1; con n = 1, 2, 3, …

También n es el número de vientres de las ondas estacionarias (ver representación gráfica en los apuntes de clase de la semana de septiembre 21 a 27).

b) Tubos abiertos en un extremo (entiéndase cerrado en un extremo)

Si se considera un tubo de diámetro interior Φ, abierto en uno de los extremos y cerrado en el otro, con longitud que tal que se pueda aumentar y disminuir y por la boca abierta entra una onda sonora, de frecuencia determinada, el volumen del sonido aumenta y disminuye a medida que se hace variar la longitud del tubo. Ello se debe a que la onda sonora que entra en el tubo se refleja en la pared y cuando la onda que entra (onda incidente) y la reflejada están en fase el sonido se refuerza, se logra producir una onda estacionaria en el interior del tubo, esto solo ocurre cuando la longitud del tubo es un múltiplo impar de λ/4 (λ/4, 3λ/4, 5λ/4,7 λ/4, 9λ/4,11 λ/4, etc.). En esos casos se dice que el foco emisor del sonido y la columna de aire del interior del tubo están en resonancia.

Puede decirse que cuando las condiciones de frontera son:

ψ (x ,t) /∂x |x=0 = 0; ψ (x,t) /∂x |x=L = 0, para L variable;

Lo que significa que en x = 0 las moléculas de aire tienen un valor nulo de desplazamiento permaneciendo en su posición de equilibrio, y en x = L, las moléculas de aire tienen un valor máximo de desplazamiento a partir de su posición de equilibrio, definiendo un tubo abierto en un extremo.

Las frecuencias de resonancia correspondientes a los distintos modos propios de oscilación de la columna de aire en un tubo abierto en un extremo se encuentran aplicando estas condiciones de frontera en forma análoga a como se hizo para el caso de ondas estacionarias en la cuerda:

fn = (n* vs /4L); para n = 1, 3, 5, 7, 9... (ecuación 2)

como λ= vs /f (velocidad del sonido en el aire dividido por la frecuencia) se pueden obtener las frecuencias de los distintos modos de vibración representadas por la ecuación 2’ considerando L=(2n+1)*λ/4; para n=0, 1, 2, 3...Lo que también puede expresarse como:

f = (2n+1) * vs / 4L; para n = 0, 1, 2, 3, … (ecuación 2’)

En un tubo abierto en un extremo se debe aplicar corrección a la longitud del tubo:

L ’= L +0,8d; (ecuación 3)

En un tubo abierto en un extremo existen todos los sobre-tonos posibles matemáticamente por números enteros impares lo que implica que no se corresponden con los armónicos por lo que las frecuencias de resonancia fn no son los mismos armónicos.

c) Tubos cerrados (entiéndase cerrados en ambos extremos)

Cuando las condiciones de frontera son:

ψ (0,t) /∂x |x=0 = 0; ψ (L, t) /∂x |x=L = 0

Lo que significa que en x = 0 y en x = L las moléculas de aire tienen un valor nulo de desplazamiento permaneciendo en su posición de equilibrio, definiendo un tubo cerrado en ambos extremos.

Las frecuencias de resonancia correspondientes a los distintos modos propios de oscilación de la columna de aire en un tubo cerrado en ambos extremos encuentran aplicando estas condiciones de frontera en forma análoga a como se hizo para el caso de ondas estacionarias en la cuerda:

fn = (n* vs /2L); para n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9... (ecuación 4)

En un tubo cerrado (en ambos extremos) se debe aplicar corrección a la longitud del tubo:

L ’= L +0,4d; (ecuación 3’)

Algunos ejemplos que ponen de manifiesto el fenómeno de resonancia son:

-Dos diapasones idénticos y próximos. Si el uno se hace vibrar el otro comienza a vibrar, esto se debe a que al ser idénticos vibran con la misma frecuencia y por tanto entran en resonancia.

-Los instrumentos de viento, por ejemplo las trompetas no suenan de cualquier forma, para que al soplar emitan una nota se tiene que cumplir que la vibración de los labios tengan una frecuencia capaz de producir resonancia con el aire que hay en el interior del tubo.

Ideas básicas

A continuación se concretan y completan algunas ideas básicas del tema que se estudia. Debe consultar las que están pendientes e intentar parafrasearlas todas para mejorar su capacidad de interpretación, comprensión y expresión en general. 

Frecuencia en función de número de vientres n y longitud L, para Tubos sonoros

Abiertos en ambos extremos: fn = (n*/ 2L)* vs; para n=1, 2, 3, 4, 5…

Cerrados (en ambos extremos): fn = (n/2L)* vs; para n=1, 2, 3, 4, 5…

Abiertos en un extremo (cerrado en un extremos): fn = (n/ 4L)* vs; para n=1, 3, 5…

Un cuerpo vibrante produce sonido, el sonido requiere de un medio material para su propagación; el sonido no se propaga en el vacío.

El sonido se propaga por un movimiento de onda longitudinal de compresión y expansiones alternas. La longitud de onda es la distancia que hay entre una compresión y la otra consecutiva.

Las ondas sonoras producen modelos de interferencia.

El sonido produce ondas estacionarias en una columna de aire.

La reflexión del sonido produce un eco.

El sonido se puede reflejar, refractar y difractar.

La reflexión consiste en (por favor consulte y complete)______________________________

La refracción consiste en (por favor consulte y complete)______________________________

La difracción consiste en (por favor consulte y complete)______________________________

La resonancia ocurre cuando un cuerpo tiene una frecuencia natural igual a la frecuencia de una onda sonora.

Las notas musicales de una escala diatónica se reconocen por su tono.

El tono de una nota depende solamente de la frecuencia de vibración de la fuente. Dos notas que están en una octava de distancia tienen frecuencia de razón 2:1.

El intervalo musical entre dos notas es la razón de las frecuencias.

La intensidad de una nota depende de la amplitud de la onda sonora.

La calidad de una nota depende de los armónicos que un instrumento puede producir (sobre-tonos).

Las pulsaciones se escuchan cuando se tocan dos notas de aproximadamente la misma frecuencia, la frecuencia de las pulsaciones es f1-f2.

Una cuerda vibrante presenta un movimiento de onda estacionario.

La nota fundamental de una cuerda suena cuando λ/2 = L.

Hay producción de armónicos cuando L = λ; L = 3 λ /2; L = 4 λ/2, L = 5 λ/2, L = 6 λ/2, L = 7 λ/2, L = 8 λ/2, etc. (son las posibilidades matemáticas)

Un sonómetro se usa para medir el efecto de la longitud y la tensión en el tono de una cuerda.

El tono de una cuerda depende de su longitud L, la tensión T, y la masa por unidad de longitud m:

f α (1/L)(T/√m); α es el símbolo “proporcional a”

La nota fundamental de una columna de aire vibrante en un tubo abierto en un extremo suena cuando L = λ / 4.

Hay producciones de sobre-tonos en una columna de aire vibrante para un tubo abierto en un extremo (cerrado en un extremo), cuando

L = 2 λ / ; 4L = 3 λ / 4, L = 5λ / 4, L = 7λ / 4, L = 9λ / 4, etc.

Hay producciones de sobre-tonos en una columna de aire vibrante para un tubo abierto en ambos extremos, cuando

L = λ, L = 3 λ / 2, L = 4 λ / 2, L = 5 λ / 2, L = 6 λ / 2, L = 7 λ / 2, L = 8 λ / 2, L = 9 λ / 2, etc.

Cuestionario ACTIVIDAD 3

El cuestionario consta de 16 numerales, los cuales puede resolver después de estudiar la orientación teórica y completar las consultas indicadas.

1. Ilustre gráficamente los patrones de resonancia para ondas de presión en tubos abiertos y cerrados. (Sug. consulte los apuntes de clase de la semana Septiembre 21 a 27)

2. Explique la relación existente entre las ondas de desplazamiento y las ondas de presión en una columna de aire.

3. Calcule la frecuencias de resonancia para los primeros cinco modos de oscilación de la columna de aire en un tubo abierto en un extremo y en un tubo cerrado, utilizando las ecuaciones (2), (3) y 4. (Sug. tenga en cuenta las correcciones de la longitud del tubo: L ’= L +0,8d (ecuación 3); L ’= L +0,4d (ecuación 3’) respectivamente) .

4. Explique gráficamente los modos de resonancia de una columna de aire en:

a) un tubo abierto en un extremo b) un tubo cerrado (en ambos extremos)

(Sug. consulte los apuntes de clase de la semana Septiembre 21 a 27)

5. Considérese un tubo al cual se le puede variar la longitud, si la columna de aire dentro del tubo vibra en el modo fundamental o en el segundo armónico, ¿cómo es la relación entre frecuencia f y la longitud del tubo? Cuando:

a) el tubo es cerrado b) el tubo es abierto

Construya un gráfico en papel milimetrado de frecuencia f en función de 1/L para cada caso. ¿cómo es esta relación? (Sug. grafique para tubo abierto en ambos extremos, tubo cerrado en ambos extremos, tubo cerrado en un extremo)

6. Construya en papel milimetrado una gráfica de frecuencia f en función del número de vientres n en:

a) un tubo cerrado b) un tubo abierto en un extremo

Para cada caso: ¿Qué clase de curva obtiene? ¿Cómo varía la frecuencia en función de los vientres?

7. ¿Cómo escribiría la relación de comportamiento de la frecuencia en función de las variables discutidas en los pasos anteriores?

8. Tema libre. Consulte y exprese un término diferente a los que aparecen en las actividades propuestas

9. Para cada configuración del tubo (abierto en un extremo y cerrado) con las condiciones:

L = 90cm; diámetro d = 31mm

a) calcule la frecuencia de resonancia más baja (L = λ/2),

b) halle frecuencias superiores (deberá multiplicar la frecuencia calculada más baja por números enteros)

(Sug. aplique las respectivas fórmulas para la corrección de la longitud de cada tubo)

10. ¿Es la serie de números que usted ha calculado en el paso anterior el mismo para tubo cerrado que para tubo abierto en un extremo?

11. ¿Qué configuración de tubo dará una serie consecutiva de números enteros?

13. ¿Qué analogía encuentra entre las ondas estacionarias de una cuerda y las ondas estacionarias en tubos abiertos en un extremo y cerrados?

14. ¿Qué interpretación física tienen los modos propios de oscilación en tubos abiertos en un extremo y cerrados?

15. Compare la velocidad del sonido en sólidos, líquidos y gases. Explique por qué son diferentes.

16. Consulte aplicaciones de ondas estacionarias en una columna de aire.

Forma de realización: con excelente presentación y letra legible a mano, con una extensión máxima de tres renglones por cada término.

Modalidad: grupal

Forma de entrega: registrar en papel a mano con excelente preserntacion, buena ortografía y redacción; además socializar en el salón de clase.

Fecha máxima de entrega: la acordada en el salon de clase

NOTA: es recomendable realizar cada actividad dentro de la fecha establecida, ello implica un poco de auto-disciplina, un poco de responsabilidad y un poco de interés; además ayuda al estudiante para mejorar su capacidad de interpretar apropiadamente la información y adquirir nociones generales con cierta claridad sobre los temas programados, fortalecer su autonomía, su organización, su administración adecuada del tiempo y lograr mejor rendimiento académico en su proceso en general.

BIBLIOGRAFIA

(1) FISICA volumen II: campos y ondas Alonso-Finn, sección 22.5

Además los textos referenciados en el tema Bibliografía los cuales se encuentran en la biblioteca de la institución

WEBGRAFIA

Visite la menos uno de los enlaces referenciados

-Ondas estacionarias en una columna de aire en un tubo abierto

http://www.youtube.com/watch?v=qEULHxsUz5w

-Ondas estacionarias en una columna de aire en un tubo cerrado

http://www.youtube.com/watch?v=IFTA9AmXyuE&feature=related

Ondas estacionarias en una columna de aire

http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/fisica/electymagne/TEORIA/ondas/estacionarias/estacionarias.html

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