Transcript
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido Sensor de voltaje, Salida de potencia Tema Ondas
DataStudio P45 Speed of Sound 2.DS
Equipo necesario Sensor de voltaje (CI-6503) Cables de conexión (SE-9750)
ScienceWorkshop (Mac) P36 Speed of Sound Cant. 1 2
ScienceWorkshop (Win) P36_MACH.SWS
Equipo necesario Tubo de resonancia (WA-9612)
Cant 1
IDEAS PREVIAS
La velocidad del sonido se puede determinar por varios métodos. ¿ Cómo puede calcular la velocidad del sonido en una columna de aire dentro de un tubo? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO
Para una frecuencia de sonido en un tubo resonante, hay una variedad de longitudes de onda a las cuales se formarán ondas estacionarias. Como, para cualquier tubo de una cierta longitud, hay una variedad de frecuencias resonantes- frecuencias a las cuales se formarán las ondas estacionarias en el tubo. En general, si la frecuencia del sonido es varias veces superior que la frecuencia resonante más baja (la frecuencia fundamental), habrá varios nodos y antinodos en la onda estacionaria. Para un tubo abierto, la distancia entre antinodos sucesivos en la onda estacionaria es la mitad de la longitud de onda. La velocidad del sonido es el producto de la longitud de onda y la frecuencia o v f donde v es la velocidad del sonido, es la longitud de onda, y f es la frecuencia. RECUERDE
Siga todas las instrucciones de seguridad
PROCEDIMIENTO
Utilice la característica ‘Output’ del interfaz para excitar un altavoz que haga vibrar el aire del Tubo de resonancia a la frecuencia fija (1000 Hz). Utilice DataStudio o ScienceWorksho para controlar la frecuencia de salida al altavoz con el generador de señales. Utilice el micrófono P45
©1999 PASCO scientific
p. 93
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
montado en el tubo de resonancia para medir la amplitud del sonido. Utilice el sensor de voltaje para medir la señal del micrófono. Utilice el émbolo interior del tubo para ajustar la longitud de la columna de aire dentro del tubo,. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para mostrar la señal de salida del altavoz y la señal de entrada desde el micrófono. Cambie la posición del émbolo para determinar las distancias entre antinodos sucesivos en la onda estacionaria de sonido que aparece dentro del tubo. Utilice la distancia para determinar la longitud de onda del sonido y calcular la velocidad del sonido
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.
2.
Conecte la clavija Din del Sensor de voltaje en canal analógico A del interfaz.
3.
Conecte los cables al terminal de "SALIDA" (OUTPUT) del interfaz.
4.
Abra el archivo titulado: : DataStudio P45 Speed of Sound 2.DS
ScienceWorkshop (Mac) P36 Speed of Sound
ScienceWorkshop (Win) P36_MACH.SWS
•
El archivo se abre con una ventana generador de señales, de Osciloscopio y Analizador de espectro (FFT)
•
El archivo DataStudio también contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.
•
El osciloscopio mostrará la tensión de salida de la " salida " del interfaz al altavoz y la tensión de entrada del micrófono conectado al tubo de resonancia. El analizador de espectros mostrará la tensión de salida del micrófono
•
Él generador de señales está configurado para producir una onda senoidal a 1000Hz. Está configurando en " Auto" así que automáticamente comienza y para de generar señal cuando inicie o pare la medida de datos. PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
•
P45
No senecesita calibrar el Sensor de voltaje.
©1999 PASCO scientific DISTESA 2000
p. 94
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
1.
Coloque el Tubo de resonancia en una superficie nivelada. Coloque el émbolo dentro del tubo. Ponga la varilla del émbolo a través del agujero del soporte y monte el tubo dentro del soporte utilizando el cordón elástico. Ponga el émbolo en la marca de 80 centímetros dentro del tubo de resonancia..
2.
Conecte los cables con terminal tipo banana en la "SALIDA" (OUTPUT) del interfaz. al altavoz del tubo de resonancia.
3.
Asegúrese que la pila instalada en el micrófono esté nueva Coloque el micrófono en el agujero pequeño debajo del altavoz. Utilice el tornillo mariposa en el lado del altavoz para sujetar el micrófono en su sitio.
4.
Conecte la conexión del micrófono en adaptador de cable BNC a Mini-Jack (incluido con el tubo de resonancia). Conecte el adaptador de cable BNC en el terminal BNC (también incluido con el tubo de resonancia).
5.
Conecte el cable del sensor de voltaje al adaptador BNC.
PARTE III: RECOGIDA DE DATOS
•
PRECUACIÓN: Puede estropear el altavoz por sobreexcitarlo (aumentando la amplitud demasiado). El sonido del altavoz debería ser apenas audible- Por favor mantenga la amplitud del generador de señales a 0.98 voltios o menos.
1.
Comience la medida de datos. (Pulse ‘Start’ en DataStudio o pulse ‘MON’ en ScienceWorkshop.)
•
El generador de señales comenzará automáticamente. El osciloscopio mostrará el la señal salida de la " salida " del interfaz al altavoz y la tensión de entrada del micrófono
2.
Determine la posición del émbolo para el primer antinodo de la onda estacionaria dentro del tubo. Empuje ligeramente el émbolo hacia dentro del tubo..
•
Primero, escuche un aumento en el sonido del altavoz indicando que se ha producido una onda estacionaria en el tubo.
•
Observe, también la señal en el osciloscopio. La señal de salida del micrófono alcanza un máximo cuando la longitud de la columna de aire está ajustada así hay un antinodo en el micrófono.
•
Finalmente, compruebe la altura de la frecuencia fundamental en el analizador de espectros. (FFT)
3.
Ajuste la posición del émbolo cuidadosamente hasta que se asegure que el émbolo está en el punto al cual aparece el sonido ñas bajo así la señal mas grande en el osciloscopio y en el analizador FFT. Anote las posiciones del émbolo en la sección de datos.
P45
©1999 PASCO scientific
p. 95
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
4.
Continúe moviendo el émbolo hacia dentro del tubo hasta alcanzar una nueva posición donde aparezca una onda estacionaria. Anote esta nueva posición en la sección informe de laboratorio. Continúe moviendo el émbolo hasta encontrar todas las posiciones del émbolo que hacen aparecer ondas estacionarias..
5.
Pulse ‘STOP’ para parar la medida de datos.
. OPCIONAL
Repita el procedimiento para diferentes frecuencias
ANÁLISIS DE DATOS
1.
Encuentre el promedio de la distancia entre cada posición del émbolo. Utilice esta distancia para determinar la longitud de onda. (Recuerde, 2 L .)
2.
Utilice la longitud de onda y la frecuencia para calcular la velocidad del sonido en el aire dentro del tubo. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
P45
©1999 PASCO scientific DISTESA 2000
p. 96
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
Informe de Laboratorio Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
IDEAS PREVIAS
La velocidad del sonido se puede determinar por varios métodos. ¿ Cómo puede calcular la velocidad del sonido en una columna de aire dentro de un tubo? Tabla de Datos Posición
Distancia (m)
x (m)
1 2 3 4 5 Promedio Frecuencia =
1.
Hz
Encuentre el promedio de la distancia entre cada posición del émbolo. Utilice esta distancia para determinar la longitud de onda. longitud de onda =
2.
m
Utilice la longitud de onda y la frecuencia para calcular la velocidad del sonido en el aire dentro del velocidad del sonido =
m/s
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Utilice los datos anotados para esbozar la actividad de la onda a lo largo de la longitud del tubo con el émbolo en la posición más alejada del altavoz.
2.
El valor teórico de velocidad del sonido en el aire es 331.5 m/s + 0.607 x Temperatura (ºC) m/s.
P45
©1999 PASCO scientific
p. 97
Laboratorio de Física con Ordenador alumno Experiencia P45: Modos resonantes y velocidad del sonido
Cuaderno del
Por ejemplo, a Temperatura = 18 C, la velocidad del sonido 342.42 m/s. Determine el valor teórico de la velocidad del sonido en el aire a la temperatura de su habitación. ¿ Cómo se compara la velocidad medida con el valor teórico.
P45
©1999 PASCO scientific DISTESA 2000
p. 98