FSG-612 Fısica General para Arquitectura UNAH

Universidad Nacional Autonoma de Honduras

Facultad de CienciasEscuela de Fısica

FSG-612 Fısica General para Arquitectura

Practica No.4: Sonido

1. Objetivos

Escuchar los efectos en el sonido que percibimos a diferentes frecuencias y amplitudes.

Observar y percibir de manera auditiva la interferencia entre ondas de sonido.

Comprender la reflexion del sonido y como afecta esto en situaciones de la vida cotidiana.

2. Introduccion

Plantee el problema y como se propone resolverlo en sus propias palabras.

3. Marco Teorico

El sonido es una onda longitudinal donde las partıculas que conforman el medio material por dondeviajan, vibran a lo largo de la direccion de propagacion de la onda. Dicho material, puede ser un lıquido,un solido o un gas (agua, aire, paredes, etc). Una onda sonora esta determinada por diferentes parametros:frecuencia, perıodo, amplitud, longitud de onda y su velocidad de propagacion. Cuando las ondas incidensobre una superficie, la energıa puede ser reflejada, absorbida o transmitida.

Frecuencia

Frecuencia (f) es el numero de perıodos(T ) por unidad de tiempo, y se mide en unidades de Hertz (Hz os−1).

f =1

T(1)

El rango de frecuencias audibles se encuentra entre los 20Hz para el lımite inferior (mas debajo de los cualesse considera infrasonido) hasta los 20,000 Hz para el lımite superior (por encima de los cuales se consideraultrasonido).

Reflexion

Cuando una onda se propaga y se refleja en un plano, parte de la energıa se transmite al obstaculo yotra rebota de vuelta al medio. Esta reflexion varıa dependiendo del material en el que se refleje la onda,por ejemplo, en materiales duros como una pared, el sonido es mayormente reflejado que absorbido, y enmateriales blandos como una cortina, absorben mas parte del sonido que la que reflejan.

Este fenomeno, tiene muchas aplicaciones por ejemplo en los sonares de barcos, ecografıas, escenariosde teatro, etc. En estos ultimos, es aprovechado para dirigir el sonido hacia el auditorio mediante placasreflectores (reflectores y tornavoces).

Sonido 1

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Al tener dos ondas separadas en una region del espacio, podemos observar otro fenomeno llamado inter-ferencia, la cual puede ser constructiva o destructiva. La interferencia constructiva, ocurre cuando tenemosdos pulsos viajando en la misma direccion y se genera un pulso resultante con una amplitud mayor que la decada pulso individual. La interferencia destructiva, se da cuando dos pulsos viajan en direcciones opuestas yse traslapan superponiendose uno sobre el otro.

4. Procedimiento

4.1. Actividad 1

1. Descargar el applet de la siguiente direccion, dando clic en el boton “Descargar”:

https://phet.colorado.edu/es/simulation/sound

Nota: Para que el applet funcione correctamente, es necesario tener instalado la aplicacion JAVA (lasinstrucciones de instalacion se encuentran en el siguiente en el siguiente link:

https://www.youtube.com/watch?v=C_C1g0h-IzU)

2. Abrir el applet en su computador. Le aparecera una ventana como esta:

Figura 1: Applet de la Actividad 1

3. En la primera pestana “Escuche una sola fuente”, active el recuadro en la parte derecha donde dice“Audio permitido” y seleccione la casilla “Oyente”. Escuchara un sonido.

4. Una vez pueda escuchar el sonido emitido cambie la frecuencia de 500Hz, a cualquier valor mayor yluego a cualquier valor menor moviendo la flecha de la barra de izquierda a derecha. Note los cambiosen el sonido.

5. Regresando la frecuencia a 500Hz, repita el paso anterior para cambiar la amplitud de las ondas.

Sonido 2

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Conteste las siguientes preguntas:

1. ¿Como son las ondas de sonido, longitudinales o transversales?

2. Visualmente, ¿como se observan en el applet las ondas a frecuencias altas y a frecuencias bajas?

3. En el sonido que escucho, ¿cual es el efecto de cambiar la frecuencia del tono generado? ¿Que dife-rencia hay entre las frecuencias altas y las frecuencias bajas?

4. ¿Que efecto tiene en el sonido emitido cambiar la amplitud?

4.2. Actividad 2

1. Abra la pestana “Interferencia de dos fuentes” y active el recuadro “audio permitido”.

2. Mueva la cabeza del muneco de arriba hacia abajo y note los cambios en el sonido.

Figura 2: Applet de la Actividad 2

3. Cambie la frecuencia y la amplitud a un valor que usted elija y repita el paso 2. Note si el comportamientodel sonido que se escucha es independiente de estos dos parametros.

Conteste las siguientes preguntas:

1. ¿Es posible observar en la aplicacion de manera visual, la interferencia entre las ondas de las dosfuentes de sonido? ¿Donde se hace visible?

2. Respecto a los cambios del sonido que percibio con su oıdo, ¿por que ocurren?

3. ¿Que tipo de interferencia tenemos cuando el sonido se escucha mas alto y que tipo cuando seescucha mas bajo?

Sonido 3

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4.3. Actividad 3

1. Abra la pestana “Interferencia por reflexion.”

Figura 3: Applet de la Actividad 3

2. La lınea azul que se puede ver, representa una pared, la cual por defecto se encuentra inclinada. Observelo que ocurre con las ondas emitidas al chocar con la pared y en que direccion se reflejan.

3. Cambie el angulo de la pared hasta que este totalmente vertical y observe nuevamente, en que direccionse reflejan las ondas.

Conteste las siguientes preguntas:

1. ¿Existira alguna diferencia en la percepcion del sonido (como se escucha) si las ondas rebotan endirecciones diferentes? Compare el caso de la pared inclinada con el caso de la pared vertical.

2. ¿Si en lugar de tener solo una pared, tuvieramos cuatro (como una habitacion), el sonido rebotarıaen todas las paredes?

3. ¿Es este fenomeno importante en el diseno de espacios interiores, como, por ejemplo: aulas de clase,teatros, salones de conferencias? ¿Por que?

Sonido 4

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4.4. Actividad 4

1. Abra la pestana Mida. Se mostrara la siguiente ventana:

Figura 4: Applet de la Actividad 4

2. Haga clic en Clear wave y colocar la amplitud al maximo para poder identificar mejor la crestas de laonda.

3. A continuacion, elija la primera frecuencia que se muestra en la Tabla 1.

Recomendacion: puede variarlas de una manera mas facil haciendo clic en la flecha azul en Frecuenciay mediante el uso de las teclas direccionales de su teclado.

4. Una vez encontrada la frecuencia, deje propagar la onda haciendo clic en el boton Ejecutar, que seencuentra en la parte baja de la simulacion. Cuando tenga una cantidad considerable de ondas, detengala simulacion con el mismo boton.

5. Haciendo uso de las barras de color azul, coloquelas de tal forma que queden en el centro de las crestas(las crestas son las partes mas oscuras que se pueden apreciar).

6. Mida la longitud de onda con ayuda de la regla, recordando que la escala ya esta en metros, como semuestra en la imagen. Registre el dato en la respectiva columna de la Tabla 1.

Sonido 5

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Figura 5: Actividad 4, medicion de la longitud de onda

7. Haga clic en boton Comenzar en el cronometro de la simulacion.

8. A continuacion, haga clic en el boton Paso, ubicado a la par del boton Ejecutar. Observara que la ondaempieza a moverse lentamente. Continue hasta llegar a la siguiente cresta, ubicada a la mitad de laparte mas oscura,. El cronometro ira marcando el tiempo de la misma. Registre el tiempo en la columnacorrespondiente en la Tabla 1.

9. Realice cinco veces los pasos del 2 al 8, tomando otras crestas de la propagacion, hasta completar laTabla 1.

10. Cambie a la frecuencia que se muestra en las Tabla 2 y Tabla 3 y realice todos los pasos anteriores,respectivamente.

Tablas de datos

n Frecuencia f (Hz) Longitud de onda λ (m) Tiempo (s)123 15245

Tabla 1: Datos para f = 152Hz

Sonido 6

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n Frecuencia f (Hz) Longitud de onda λ (m) Tiempo (s)123 36545

Tabla 2: Datos para f = 365Hz

n Frecuencia f (Hz) Longitud de onda λ (m) Tiempo (s)123 74745

Tabla 3: Datos para f = 747Hz

δλ = 0.01m

δT = 0.0002s

δf = 1Hz

Tratamiento de Datos

Realice el siguiente procedimiento para cada una de las tablas. Es decir, debera realizarlo tres veces.

Longitud de Onda λ

1. Calcule el valor central de longitud de onda: λ.

λ =

∑ni=1 λin

2. Calcule la desviacion estandar de la mediapara λ:

σλ =

√∑ni (λ− λi)

n(n− 1)

3. Calcule la incertidumbre absoluta: ∆λ =√

(σλ)2 + (δλ)2)

4. Reporte el valor: λ = (λ± ∆λ)m.

Perıodo T

5. Calcule el valor central del tiempo para cada una de las tablas: T

T =

∑ni=1 Tin

6. Calcule la desviacion estandar de la media para T :

σT =

√∑ni (T − Ti)

n(n− 1)

Sonido 7

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7. Calcule la incertidumbre absoluta: ∆T =√

(σT )2 + (δT )2

8. Reporte el valor: T = (T ± ∆T )s.

Frecuencia f

9. Reporte el valor de la frecuencia (considerando que la incertidumbre absoluta para la frecuencia esta da-da por ∆f = δf): f = (f ± ∆f)Hz.

Velocidad del Sonido vf y vT

10. Calcule la velocidad del sonido para cada una de las tablas, a partir de los valores promedios encontradosanteriormente:

vf = λf vT =λ

T

11. Calcule la incertidumbre absoluta para cada velocidad:

∆vf =vf,max − vf,min

2

Donde:

vf,max = λmax ∗ fmaxvf,min = λmin ∗ fmin

∆vT =vT,max − vT,min

2

Donde:

vT,max =λmaxTmin

vT,min =λminTmax

12. Reporte sus datos de la forma: vf = (vf ± ∆vf )m/s y vT = (vT ± ∆vT )m/s en una tabla como lasiguiente:

n f (Hz) vf (m/s) vT (m/s)123

5. Cuestionario

1. Enumere algunos de los riesgos para la salud ocasionados por el ruido. ¿Es la perdida permanente dela audicion uno de ellos?

2. Explique en que difiere el sonido del ruıdo (desde el punto de vista de la fısica)?

3. ¿Cual es el expectro de frecuencias audibles para los seres humanos?

6. Analisis de Resultados

Analice los resultados obtenidos para la velocidad del sonido en la Actividad 4. Debera redactarse amanera de parrafos (no cuestionario) y debera incluir la siguiente informacion:

¿Coinciden sus resultados con lo predicho por la teorıa? Para ello considere la velocidad del sonido bajocondiciones estandar.

¿Sus resultados son satisfactorio? ¿Cumplen con los estandares de exactitud y precision?

¿A que circunstancias cree que se deben las diferencias entre el valor teorico y el practico? (Extra:Haga un grafico de discrepancia en el que muestre todos los seis resultados obtenidos.)

¿Se resolvio el problema planteado? Justifique su respuesta.

Sonido 8

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7. Conclusiones

Redacte tres conclusiones como mınimo, basadas en el problema y objetivos planteados y respaldadas porlos resultados obtenidos. Lo principal es establecer si se resolvio el problema satisfactoriamente.

Sonido 9