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INFORME DE PROYECTOTubo de Kundt: Dispositivo de experimentalde ondas estacionariasCálculo Aplicado a la Física 3Estudiantes de 4° ciclo de ingeniería 2021-II, UTP1. RESUMENPalabras claves:  Tubo de Kundt: Tubo de vidrio, acrílico o plástico que tiene como función vibrar las partículas mediante un ...

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INFORME DE PROYECTO

Tubo de Kundt: Dispositivo de experimental de ondas estacionarias Cálculo Aplicado a la Física 3

Estudiantes de 4° ciclo de ingeniería 2021-II, UTP

1. RESUMEN Palabras claves: 

Tubo de Kundt: Tubo de vidrio, acrílico o plástico que tiene como función vibrar las partículas mediante un parlante en una de las extremidades del conducto, produciéndose ondas estacionarias en el interior de este.



Ondas sonoras: Son vibraciones mecánicas que al propagarse e interactuar con el oído son percibidas por la persona.



Ondas estacionarias: Son interferencias que se producen al superponer dos ondas de la misma dirección, amplitud y frecuencia, pero en sentido contrario.



Propagación del sonido: Acción de avanzar un fenómeno de tipo ondulatorio a través de un medio material.



Frecuencia de sonido: Indica el número de oscilaciones o variaciones de la onda repetitiva por segundo.



Impedancia del sonido: Relación entre la presión acústica y la velocidad de las partículas del medio por el que se propaga el sonido.

2. INTRODUCCIÓN: Las ondas estacionarias están involucradas en todos los campos de educación superior en ciencias e ingeniería. Los principales fenómenos de ondas que se estudian en las universidades de formación básica son de aplicación tecnológica e industrial. Entre las técnicas más usadas para ilustrar una onda estacionaria longitudinal se encuentra el tubo de Kundt. Por ello, se busca comprender y estudiar el comportamiento del fenómeno de la onda estacionaria, mediante un experimento de cómo se origina una onda, ya que esto forma parte de un fenómeno físico fundamental, aunque muchos de ellos no son observables.

3. DESCRIPCIÓN:

1er paso: Coordinación del proyecto En la primera semana se espera coordinar una fecha en común entre todos los integrantes para realizar una reunión mediante una plataforma virtual, para luego buscar propuestas con el fin de elegir el tema de proyecto a tratar. 2do paso: Selección de fuentes confiables En la semana dos cada estudiante se enfocará en la investigación de diversas fuentes, ya que mediante este proceso nos facilitara el desarrollo de la investigación, para ello se utilizarán diversas fuentes como libros, tesis, videos, etc. 3er paso: Realización de los objetivos En la tercera semana se plantearán los objetivos del proyecto, los cuales serán discutidos entre todos los integrantes del grupo, estos nos ayudarán a encontrar las mejores soluciones para la problemática propuesta. 4to paso: Planeamiento y realización de la metodología Una vez definido los objetivos, en la cuarta semana, todos los integrantes planearemos detalladamente una serie de pasos ordenados y específicos para posteriormente poder empezar con la ejecución de nuestro proyecto. 5to paso: Resultados de la experimentación En la quinta semana, luego de la ejecución de nuestro proyecto se apreciarán los resultados del experimento, esto nos permite poder confirmar los cálculos teóricos y experimentales hechos previamente. 6to paso: Recolección de información En la semana seis nos enfocaremos en realizar la recopilación de todas las fuentes de información que se utilizaron para este proyecto, como otros trabajos de

investigación, sitios webs, etc. Las citas de lo antes mencionado estarán situadas en la parte de la bibliografía y anexos para la disposición de los lectores. 7mo paso: Presentación del informe Por último, en la séptima semana se culminará el desarrollo del proyecto y se realizará una breve presentación, con el fin de poder cumplir con las expectativas de presentar un buen proyecto.

4. OBJETIVOS:

Objetivos Generales:  Hacer un montaje que nos permita estudiar a las ondas estacionarias de sonido mediante el Tubo de Kundt. Esperando que este proyecto sea difundido y reproducido con fines académicos.  Estudiar la importancia y funcionamiento del tubo de Kundt, así como demostrar el fenómeno físico de las ondas sonoras.

Objetivos Específicos:  Estudiar y analizar el comportamiento de las ondas sonoras mediante la ejecución del proyecto.  Poder visualizar los nodos y antinodos de vibración, y el fenómeno de resonancia.  Calcular la velocidad de propagación de la onda e impedancia del sonido.

5. ALCANCE Y LIMITACIONES: Alcances:



Se puede observar como primera ventaja el libre acceso para los estudiantes a simuladores y materiales para la ejecución del proyecto.



La accesibilidad de realizar el trabajo en un simulador debido al sistema de software.



Conocer a fondo el problema establecido gracias al material obtenido por la universidad y fuentes externas.



Se puede realizar feedback de los avances las veces que sean necesarias.



Limitaciones: 

Dificultades en la disponibilidad de tiempo en los integrantes del equipo para las coordinaciones del proyecto, debido a las diversas actividades académicas y laborales.

 

Dificultades en las reuniones presenciales para la elaboración del proyecto, debido a la emergencia sanitaria por la COVID – 19.



Debido al alto costo no se trabajará con la totalidad de los materiales para el proyecto, además que no se disponen de establecimientos cercanos.

6. METODOLOGÍA MARCO TEORICO: Longitud de onda:

En este caso la longitud de onda es la distancia entre dos crestas o entre dos valles, en otras palabras la longitud de onda es la distancia física entre dos puntos a partir de los cuales la onda se repite.

λn =

2L n

Nodos y antinodos: Los nodos son puntos fijos en un movimiento ondulatorio o un cuerpo que vibra, además es el punto donde se registra una amplitud mínima. Los antinodos son lo opuesto a los nodos, ya que este punto representa su amplitud máxima.

#nodos - #antinodos = 1 Frecuencia del sonido: La frecuencia es una magnitud objetiva y mensurable referida a formas de onda periódicas. Tiene que ver con cuántos ciclos por segundo tiene que dar la onda, indicando la idea de rapidez con que se producen. Velocidad de propagación del sonido: La propagación del sonido es un transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal, que se transmite en línea recta, desde el punto de origen. v =λf

Impedancia del sonido: Es la resistencia que opone un medio a las ondas sonoras que se propagan sobre este y por lo tanto es equivalente a la impedancia eléctrica, es decir una forma de disipación de energía de las ondas que se desplazan en un medio. Z = densidad del medio * velocidad del sonido

MATERIALES Imagen

Material

Especificaciones técnicas

Cantidad

Costo c/u

Costo total

Tubo de plástico

36 cm de largo y 32 cm de ancho

1 und

S/ 10.00

S/ 10.00

Cable de audio

Hosa HXS-001.5 REAN XLR3F a 1/4 pulgadas TRS Pro cable de interconexión equilibrado, 1.5 pies, HSS005 1.5 m, 5 ft

1 und

S/ 20.00

S/ 20.00

App (generador de frecuencias)

Esta aplicación genera frecuencias de 1 Hz (infrasonido) a 22000 Hz (ultrasonido) y admite valores decimales (por ejemplo, 7,83 Hz)

1und

S/ 0.00

S/ 0.00

Parlantes

6.5 Pulgadas; 600 WATT POWER; frecuencia 80 Hz; impedancia de 4 Ohm

1und

S/ 60.00

S/ 60.00

Bolitas de poliestireno

Densidad de 10 kg/m3

50gr

S/ 1.50

S/ 1.50

Cinta métrica metálica

Longitud de 5 m

1und

S/ 8.00

S/ 8.00

Construcción del proyecto: Para la elaboración y desarrollo de este proyecto es necesario, en primer lugar, establecer los materiales que se utilizaran a lo largo del montaje experimental como los parlantes, el tubo de plástico, cable de audio, bolitas de poliestireno, también utilizaremos la aplicación “Amplificador de volumen”, cinta aislante y regla. Todos los materiales mencionados anteriormente serán comprados evaluando la cotización de distintas tiendas para que de esta forma nuestro proyecto sea lo más económico posible. Habiendo conseguido dichos materiales procederemos a realizar nuestro proyecto. Por último, se inician las pruebas correspondientes para verificar si se efectuaron de manera óptima, además de corroborar su correcto funcionamiento.

Desarrollo: Primero: Para nuestro proyecto se descargará el aplicativo necesario para generar las frecuencias de ondas mediante un buffer.

Segundo: En este punto procedemos con el ensamblaje del proyecto, insertando bolitas de Tecnopor al tubo acrílico, después de dicho proceso se unifican el parlante con el tubo con la ayuda de una cinta aislante.

Tercero: Luego de todo el ensamblaje procedemos a conectar el cable de audio en el celular o en nuestro caso sería la laptop. Adicionalmente, medimos con ayuda de una regla o cinta métrica la longitud del tubo que se utilizará.

Cuarto: Utilizamos el aplicativo para proyectar la cantidad de frecuencia que se desea experimentar. Seguidamente, se enciende el parlante para ejecutar dichas frecuencias con el fin de hacer los cálculos deseados.

Quinto: En lo siguiente procedemos a realizar los cálculos necesarios para poder demostrar de manera teórica y experimental el comportamiento de una onda mediante el tubo de kundt.

Datos:

L = 36 cm = 36 x

−2

10

m

f = 1000 Hz Cálculos: 

El número de nodos (m) que se observa es el experimento de tubo de kundt es: m=3



El número de antinodos (n) que se observa es el experimento de tubo de kundt es: n=2



Ahora pasaremos a hallar la longitud de onda ( λ ) teórica mediante fórmula mostrada, en la cual se utilizó la medida del tubo que es de 36 cm: Longitud teórica:

λn =

2L n

= λ5 =

2(36) =¿ 36 cm= 36 x 2

−2

10

m

Longitud experimental : λ = 33.8 cm = 33.8 x



10−2 m

Para la velocidad de propagación del sonido (v) se hará uso de la teoría mediante la siguiente fórmula: Velocidad real a 20ºC: v = 344 m/s Velocidad experimental: v =λf = 33.8 x



−2

10

(1000) = 338 m/s

Ahora pasaremos a hallar la impedancia en la cual utilizaremos como densidad del medio la densidad del aire que es 1.2041kg/ m 3 . Impedancia teórica:

Z = densidad del medio * velocidad del sonido Z = 1.2041* 344 Z = 414.21 kg . m−2 . s−1 Impedancia experimental:

Z = densidad del medio * velocidad del sonido Z = 1.2041* 338 Z = 406.99 kg . m−2 . s−1 7. RESULTADOS

Modelo teórico

Modelo experimental

Nodos = 3

Nodos = 3

antinodos se forman igual que en la

Antinodos = 2

Antinodos = 2

teoría y que se llega a cumplir la teoría:

Interpretación Pudimos comprobar que los nodos y

Nodos y antinodos

#nodos - #antinodos=1 Longitud de onda

Frecuencia del sonido

Pudimos comprobar que la longitud 36 x 10−2 m

33.8 x

10−2 m

experimental que se calculó se aproxima a la longitud de onda teórica. La frecuencia que se utilizó en el

1000 Hz

1000Hz

experimento para una mejor apreciación de la onda es de 1000Hz. Se pudo comprobar que no existe una diferencia

Velocidad de propagación

v=344m/s

v=338m/s

del sonido

significativa

entre

la

velocidad de propagación real del sonido

y

la

velocidad

hallada

experimentalmente. La impedancia del sonido depende de la velocidad de propagación del sonido y Impedancia del sonido

414.21 −2

kg . m

. s−1

406.99 −2

kg . m s

−1

la densidad del medio. En este proyecto

.

estamos utilizando la densidad del aire y solo varían las velocidades teóricas y experimentales, entonces podemos notar que no hay una variación abrupta.

REPORTE DE PARTICIPACION Nro.

GRUPO 4 / ALUMNOS

AVANCE 3

1

Jacheline Brillith Portilla Julca

SI

2

Adriana Samanta Pareja Solis

SI

3

Lucero Alexandra Sabino Pacheco

SI

4

Christian Alberto Retamozo Jiménez

SI

5

José Ángel Quispe Meza

SI

6

Edwin Andres Peña Flores

SI

7

Miguel Angel Paucarchuco Yaranga

SI

8

Gianella Quispe Espinoza

SI

9

Héctor Rafael Ramos Saenz

SI

10

Alexis del Piere Ramos Quiroz

SI...