Comprender la resonancia
* Resonancia ocurre cuando un objeto vibratorio (como un horquilla) hace que una columna de aire en un tubo vibre a su frecuencia natural. Esto crea ondas estacionarias dentro del tubo.
* tubo de extremo cerrado: Un tubo de extremo cerrado tiene un nodo (un punto sin desplazamiento) en el extremo cerrado y un antinodo (un punto de desplazamiento máximo) en el extremo abierto.
El experimento
1. Configuración:
- Use un cilindro graduado o un tubo largo y estrecho cerrado en un extremo.
- Una tarifa de ajuste de frecuencia conocida (F).
- Agua para ajustar la longitud de la columna de aire en el tubo.
2. Procedimiento:
- Golpea el horquilla y manténgalo sobre el extremo abierto del tubo.
- Ajuste lentamente el nivel de agua en el tubo. Escuchará un aumento notable en el volumen del sonido cuando la columna de aire en el tubo resuene con el toque.
- Mida cuidadosamente la longitud de la columna de aire (L) en este punto de resonancia.
- Repita el proceso para diferentes longitudes de la columna de aire, registrando cada longitud (L1, L2, etc.) en el que se produce resonancia.
Calculando la velocidad del sonido
* Relación: La longitud de la columna de aire en la resonancia está relacionada con la longitud de onda (λ) de la onda de sonido mediante la siguiente ecuación:
L =(n/4) * λ
dónde:
- L es la longitud de la columna de aire
- n es un entero impar (1, 3, 5, ...) que representa el número armónico. La primera resonancia es la frecuencia fundamental (n =1), la siguiente es el tercer armónico (n =3), etc.
* Encontrar la longitud de onda:
- Si mide varias longitudes resonantes (L1, L2, etc.), puede calcular la longitud de onda encontrando la diferencia entre longitudes resonantes consecutivas:
λ =4 (L2 - L1)
* Velocidad del sonido:
- La velocidad del sonido (v) está relacionada con la frecuencia (f) y la longitud de onda (λ) mediante la siguiente ecuación:
V =f * λ
Ejemplo:
* Imagine que encuentre las siguientes longitudes de resonancia para un pastel de ajuste con una frecuencia de 440 Hz:
- L1 =17.0 cm
- L2 =51.0 cm
* Calcule la longitud de onda:
- λ =4 (51.0 cm - 17.0 cm) =136 cm =1.36 m
* Calcule la velocidad del sonido:
- V =440 Hz * 1.36 m =598.4 m/s
Notas importantes:
* La velocidad del sonido depende de la temperatura del aire. Los cálculos anteriores suponen la temperatura ambiente estándar.
* Este método proporciona una aproximación razonable de la velocidad del sonido. Para mediciones más precisas, considere usar un sofisticado aparato de tubo de resonancia y controlar la temperatura cuidadosamente.
