153_SPAN

2.1 Sistemas de aprendizaje y enseñanza 2.2 Fuentes mecánicas de sonidos 2.3 Fuentes eléctricas de sonidos 2.4 Propagación del sonido

B2 Acústica

2.5 Ultrasonidos

Contadores, generadores de frecuencia y amplificadores, ver capítulo E7

B2. Acústica 2.1 Sistemas de aprendizaje y enseñanza

EXPERIMENTAL LITERATURE PHYSICS Dr. Ludolf von Alvensleben

Los experimentos de la serie de publicaciones PHYWE "Experimentos de laboratorio: Física” están pensados para los responsables de cursos de laboratorio de física en universidades, escuelas técnicas de avanzada tecnología, escuelas de formación profesional e instituciones similares y, también, para cursos avanzados en institutos.

Lista completa de todas las casi 200 descripciones de experimentos de diferentes partes de la física, ver página 76/77.

Los experimentos se pueden pedir u ofrecer totalmente bajo el Nº de ref. (ej. 21511) parcialmente, si se desea. A petición, les enviaremos, gustosamente, una descripción detallada de los experimentos.

Laboratory Expemiments

16502.12

Bibliografía experimental Laboratory Experiments Physics Versión impresa 16502.12 CD 16502.22

Exp.-Ref. No

Contents

21501 21503 21504 21505 21506 21507 21508

Vibration of strings Velocity of sound in air and in metal rods w. PC interface Acoustic Doppler effect Acoustic Doppler effect with PC interface Velocity of sound using Kundt’s tube Wavelengths and frequencies with a Quincke tube Resonance frequencies of Helmholtz resonators with PC interface Interference of acoustic waves, stationary waves and diffraction at a slot with PC interface Optical determination of velocity of sound in liquids Phase and group velocity of ultrasonics in liquids Temperature dependence of the velocity of sound in liquids

Mechanical Vibration Acoustics

21509 21510 21511 21512

Desplazamiento del detector l como función del número de longitudes de onda n cubiertas, para el agua, glicerina y solución de cloruro sódico (temperatura = 25 °C).

Experimento: Velocidad de fase y grupo de los ultrasonidos en líquidos Nº de ref. del exp.

21511

Las ondas de sonido transmitidas a un líquido por el generador ultrasónico son recogidas por un receptor ultrasónico piezoeléctrico, y las señales del transmisor y receptor se comparan usando un osciloscopio.

La longitud de onda se determina y la velocidad de fase se calcula, a partir de la posición relativa de la fase de las señales. La velocidad de grupo se determina a partir de mediciones del tiempo de retraso del impulso.

154

De "Laboratory Experiments Physics”

B2. Acústica 2.2 Fuentes mecánicas de sonidos

Diapasón 440 Hz, con caja

Diapasones

de resonancia

Diapasón 440 Hz 03424.00 Pequeño diapasón de bolsillo Longitud 120 mm Diapasones,

Escala Do mayor

03417.00

Juego de 8 diapasones Frecuencias c =256 Hz d’ =288 Hz e’=320 Hz f’ =341 Hz g’ =384 Hz a’=426 2/3 Hz h’=480 Hz c’’=512 Hz Longitud del diapasón mayor 175 mm Diámetro de la varilla 6 mm

Macillo

03429.00

Caja de resonancia de madera, con nota de duración especialmente larga; diapasón desmontable Dimensiones: Caja de resonancia (mm)180 × 90 × 50 Longitud del diapasón 170 mm

Pesos deslizantes para diapasones, 2 unidades 03427.01

Accesorio estándar: Macillo

Diapasón

03429.00

Diapasones con cajas

de resonancia

03418.00

Juego de 4; cajas de resonancia de madera, diapasones desmontables Frecuencias Acorde Do mayor c’= 256 Hz, e’ = 320 Hz g’ = 384 Hz, c’’= 512 Hz Dimensiones: Caja de madera mayor (mm) 300 × 120 × 65 Longitud del diapasón mayor 200 mm Accesorio estándar: Macillo

Diapasón

2000 Hz

03427.00 Para modificar la frecuencia de un diapasón (experimentos de batido), adaptados al diapasón de 440 Hz 03427.00

1700 Hz

Accesorio estándar: Macillo

03429.00

Diapasón registrador

03423.00

Metal ligero, con superficie radiante del sonido de ancho especial; se puede usar p. ej. para excitar oscilaciones para el tubo de Kundt Longitud 105 mm Diapasón

1000 Hz

03425.00

Usado p. ej. para demostrar el efecto Doppler Longitud 220 mm

100 Hz

03426.00

Con lápiz de escritura afilado, usado para registrar las oscilaciones del diapasón, p. ej. sobre una placa de vidrio recubierta de polvo u hollín; con placa de vidrio Longitud 370 mm

03422.00

Metal ligero, con superficie radiante del sonido de ancho especial; se puede usar p. ej. para excitar oscilaciones para el tubo de Kundt Longitud 120 mm

03429.00

155

B2. Acústica 2.2 Fuentes mecánicas de sonidos

Cuerdas vibrantes

Cuerdas vibrantes

Monocordio

03430.00

Para investigar las vibraciones de las cuerdas y cómo la frecuencia de una nota depende de la longitud, tensión y grosor de la cuerda.

2 cuerdas sobre un resonador, tensadas 2 trastes fijos; un traste móvil bajo cada cuerda; escala de frecuencias de nota rango 3 octavas, con indicación de los valores relativos de las correspondientes longitudes de las cuerdas; resonador (mm) 750 ×110 × 90

Arco de contrabajo 03437.00 Para rozar cuerdas, diapasones, placas de figuras de notas; madera de haya con crin de caballo.

Dispositivo tensor de cuerdas

con varilla

03431.01

Cuerda Mi, l = 900 mm

03432.01

Cuerda Sol, l = 900 mm

03432.02

Tubos Tubo de órgano 400..480 Hz,

abierto Accesorios estándar: Llave para tensar, 2 trastes Cuerdas para el monocordio, 2 unidades 03432.05 Cuerdas de acero con ojales; l = 800 mm; d = 0.3 mm o d = 0.5 mm Accesorios recomendados Arco 03437.00 Resina 03437.01

156

03463.00

Con tubo prolongador deslizante para cambiar la frecuencia de la nota; metálico; l = 50 cm Tubo con émbolo

280...1000 Hz

03441.00

Tubo de órgano cerrado con émbolo deslizante para cambiar la frecuencia de la nota; metálico con tubo de plástico, l = 47 cm

Sirenas Disco perforado 03450.00 Las notas se pueden generar haciendo girar el disco y soplando en una sola fila de agujeros. Si la velocidad de rotación se mantiene constante, las frecuencias de las ocho filas de agujeros corresponden a las notas de una escala mayor; d = 300 mm Accesorios recomendados: Soporte: soporte para el disco 02531.00 Accionamiento: motor de laboratorio 11030.93 Soplado: tubos de vidrio con punta, 10 uds.

Soporte de disco 02531.00 Para apoyar la sirena de agujeros 03450.00 Ruedas dentadas

Savarts

03454.00

Las notas se pueden generar girando y rozando los discos metálicos con una pieza plana de cartón o plástico. A velocidad de rotación constante, las fre-

cuencias de las cuatro filas de dientes corresponden a las notas de un acorde o tríada corriente mayor; l = 150 mm, d = 60 mm Accesorios recomendados: Accionamiento: motor de laboratorio 11030.93

Metrónomo

03073.00

Escala para el ajuste de la frecuencia de batido; rango de frecuencia 40..

208 golpes por minuto, con mecanismo de relojería, caja de madera dura, acabado en barniz castaño.

Superficie de la base (mm) aprox. 110 ×120 Altura 230 mm

B2. Acústica 2.3 Fuentes eléctricas de sonidos Micrófono de medición

03542.00

El micrófono, con su cápsula electret en el extremo de una sonda tubular de 25 cm de largo, es adecuado para investigaciones especiales, p. ej. trazado por puntos de campos de sonido. sus tres modos de salida seleccionables (señal – nivel – disparo) y el Rango de frecuencias

amplificador integrado de ajuste continuo, permiten un uso universal. Para alargar la duración de la pila, el amplificador se apaga automáticamente, después de un tiempo de unos 45 minutos.

30 Hz…20 kHz (20 kHz…40 kHz con intensidad reducida) 6.0 mV/Pa a 1 kHz 50…5000 en fase con la señal sónica 6Vpp a 50 Ω 3 V max. a 50 Ω

Sensibilidad Ganancia Señal de salida Nivel de salida Disparo de la salida nivel TTL Accesorios: 2m de cable blindado con clavija BNC y vástago de sujeción Accesorios necesarios: Pila, 9 V 07596.10 o Fuente de alimentación 3/4, 5/6/7,5/9/12 V, 0.25 A

11078.93

Sonda para mediciones acústicas 03544.00 ver página 515

Sonómetro

Micrófono de medición con amplificador

03543.00

Cápsula electret con cable de 1.5 m de largo, adecuado para investigaciones especiales, p. ej. trazado por puntos de campos de sonido.

Rango de frecuencias Sensibilidad Ganancia Señal de salida Accesorio necesario: Pila de 9 V

30 Hz…20 kHz (20 kHz…40 kHz con intensidad reducida) 6.0 mV/Pa a 1 kHz 0…1000 en fase con la señal de sonido 4V max. a 3 Ω

65969.00

El formato pequeño y manejable del equipo de medición y la independencia de la red de alimentación permiten realizar las mediciones del nivel de ruido, p. ej. del ruido del tráfico, sin tener que limitarse a un lugar fijo.

Como los ruidos suelen tener un amplio espectro de frecuencias, mientras que la sensación de ruido es algo subjetivo, en la medición de los ruidos molestos se trabaja con el filtro de frecuencias A, que esencialmente solo deja pasar frecuencias que comprenden el rango de audición humano.

2 Rangos de medición35–80 dB (A), 75–120 dB (A) Suministro de corriente 1 batería de 9 V (pertenece al volumen de suministro) Dimensiones (mm) 160×65×38

07596.10

Experimento: Difracción en una pantalla pequeña Nº de ref. del exp.

04359

Lista de equipamiento: Micrófono de medición 03542.00 Cabezal de sonido 03524.00 Generador de frecuencia 13652.93 Placa reflectora 06865.00 Mutímetro analógico de demostración 13820.00 o Medidor multirango A 07028.01 Bases »PASS« (3×) 02006.55 Tornillo de banco »PASS« 02010.00 Escala métrica, l = 1 m 03001.00 Adaptador hembrilla BNC/ par de clavijas de 4 mm 07542.27 Cables de conexión (2×) 07363.05

157

B2. Acústica 2.3 Fuentes eléctricas de sonidos

Cápsula

microfónica

06830.00

Para la determinación experimental de la velocidad del sonido en el aire con un contador electrónico digital; carga máxima 40 mA, impedancia 70…150 Ω.

Soporte

de micrófono

06832.00

Para alojar la cápsula microfónica 06830.00. Conexión de la cápsula mediante 2 contactos con dos clavijas de 4 mm, diámetro de la barra 10 mm.

Cabezal de sonido 03524.00 Para usar como radiador de sonido junto con un generador de frecuencia, también como receptor combinado con un amplificador de baja frecuencia; sistema dinámico de imán permanente; conexión mediante 2 jacks de 4 mm con cables de conexión, o con adaptador 07542.27 para conectar un cable BNC.

Potencia Impedancia Diámetro Longitud de la barra Diámetro de la barra

2W 4Ω 60 mm 145 mm 10 mm

Accesorios recomendados: Para usar el cabezal de sonido como fuente de sonido móvil: coche accionado a motor 11061.00 y acoplamiento para coche 11061.02 Cilindro direccional 03525.00 Para concentrar las ondas acústicas; a colocar en el cabezal de sonido 03524.00 Acoplamiento para carrito

11061.02 Para sujetar un micrófono de medición 03542.00 o cabezal de sonido 03524.00 en el carrito accionado a motor 11061.00, p. ej. para experimentos sobre el efecto Doppler acústico con observador móvil y fuente de sonido móvil.

Transformador

adaptador de BF

Auriculares, estereofónicos

11753.01

65974.00

Usado, p. ej. cuando se conecta el cabezal de sonido para utilizar como micrófono a la entrada de un osciloscopio o de un contador digital, p. ej. para medir la frecuencia de un diapasón.

Entrada / salida jack BNC Impedancia de entrada 4 Ω a 1 kHz Impedancia de salida 10 kΩ a 1 kHz Relación de conversión 1:50 Rango de transmisión 250 Hz…15 kHz ±1 dB con relación a 1 kHz

Los auriculares se pueden usar en el campo de la audiometría (determinación de las gamas de audición, curvas de umbrales de audición, etc.).

20…20000 Hz 2 × 400 Ω 1% l=3m

Caja de plástico (mm) 120 × 90 × 30

Altavoz Usado en combinación con un generador de frecuencia conectado a la red y un amplificador de BF, p. ej. para mostrar la recepción acústica de las vibraciones registradas por los micrófonos de medición 03542.00 y 03543.00 y para experimentos con microondas.

Sistema dinámico de imán permanente con cono adicional para agudos; el transformador integrado permite dos entradas con diferentes impedancias.

158

Rango de transmisión Impedancia nominal Factor de distorsión a 1000 Hz Cable de conexión

13765.00 Rango de transmisión 30 Hz…20 kHz Capacidad de carga nominal 4 W a 5 kΩ, 15 W a 8 Ω Entradas, hembrillas de 4 mm Impedancia de entrada baja resistencia 8 Ω, alta resistencia 5 kΩ Dimensiones (mm) 230 × 236 × 168

B2. Acústica 2.4 Propagación del sonido

Experimento: Velocidad del sonido en el aire y barras metálicas/ con interfaz para PC Nº de ref. del exp.

21503

Se debe demostrar que existe una relación lineal entre el tiempo de propagación del sonido y su recorrido respectivo en el aire.

Para determinar el tiempo de propagación del sonido en una barra metálica de acero inoxidable y latón, se debe usar la capacidad de una interfaz Cobra3 para medir intervalos de tiempo extremadamente cortos.

Las velocidades del sonido respectivas, se calculan con la ayuda del software para medida y análisis.

De "Laboratory Experiments Physics"

Barra cilíndrica, l = 15 cm

Tubo de Kundt 09923.00

Para experimentos con "barras vibrantes transversalmente con dos extremos libres”. (influencia del material sobre la frecuencia) latón, d = 6 mm)

03475.88

Accesorios estándar: Tira cargadora 03474.01 Pistón sintonizador 03474.02 Tubo de vidrio, l = 640 mm 03918.00

Accesorios recomendados: Polvo de corcho 03477.00 o Polvo de licopodio 02715.00

Experimento: Velocidad del sonido usando el tubo de Kundt Nº de ref. del exp.

21506

Una barra metálica se hace vibrar longitudinalmente frotándola con un trapo. La columna de gas en un tubo de vidrio vibra naturalmente como resultado de la resonancia, mediante la radiación de sonido desde un disco colocado en el extremo de la barra.

La relación de las velocidades del sonido en el gas y en el generador de vibraciones se determina midiendo la longitud de onda.

De "Laboratory Experiments Physics"

Posición de los modos de vibración en función del número de modos.

Generador de vibraciones, latón

03476.01

Generador de vibraciones, acero

03476.02

Usados en experimentos para determinar la velocidad del sonido en el tubo de Kundt. Las vibraciones longitudinales se excitan en la barra metálica frotándola con un trozo de fieltro. El sonido emitido por un disco de papel fuerte fijado a un extremo de la barra, excita vibraciones naturales, debidas a la resonancia, en la columna de gas dentro del tubo de Kundt. Las ondas resultantes se visualizan con polvo de corcho.

Longitud 1600 mm Diámetro 16 mm Accesorios estándar: 4 discos de papel fuerte (a roscar sobre el tubo), trozo de fieltro y polvo de colofonia.

159

B2. Acústica 2.4 Propagación del sonido

Experimento: Longitudes de onda y frecuencias con un tubo de Quincke

Tubo de interferencia, tipo Quincke

Nº de ref. del exp.

Si una onda sónica de una frecuencia determinada se divide en dos componentes coherentes (como, por ejemplo, las ondas luminosas en un experimento de interferometría), y si se modifica el recorrido de una de las ondas componentes, se puede calcu-

21507

Para determinar longitudes de onda y frecuencias por medio de la interferencia de dos ondas de sonido en el aire.

Dos tubos en U enchufados uno dentro de otro, que se pueden desplazar de la misma forma que un trombón de varas para variar la distancia del sonido, con escala.

Tubo de entrada y salida con embudos de sonido (desmontables).

03482.00 Fuente de sonido adecuada: Generador de frecuencia conectado a la red 13650.93 Cabezal de sonido 03524.00 Receptor de sonido adecuado: – Oreja (con tubo de plástico) o – Micrófono 03542.00 o 03543.00 Dimensiones del tubo 930 × 250 mm Escala con divisiones en cm, 300 mm Rango de frecuencias 2 kHz…5 kHz

lar la longitud de onda de la onda de sonido, y su frecuencia, a partir de los fenómenos de interferencia registrados con un micrófono.

De "Laboratory Experiments Physics”

Experimento: Figuras de sonido de Cladni Nº de ref. del exp.

04659

Lista de equipamiento: Generador de frecuencia conectado a la red 13650.93 Cabezal de sonido 03524.00 Placas de patrones de sonido 03478.00 Soporte de tubo 02060.00 Base de soporte »PASS« 02005.55 Pinza en ángulo recto »PASS« 02040.55 Barra de soporte »PASS«, 25 cm 02025.55 Cable de conexión, 50 cm (2×) 07361.05

Frecuencia de salida 620 Hz

Frecuencia de salida1100 Hz

Placas de patrones de sonido Para demostrar las formas de las oscilaciones naturales de placas mediante la visualización de las figuras de sonido de Chladni. Las formas de las oscilaciones se visualizan con mucha claridad espolvoreando arena fina seca (ver arena, nº de pedido 30220.67) (la arena se acumula en los nodos de vibración).

160

03478.00 Placas Placa cuadrada Placa circular Barra desmontable

metal 200 × 200 mm d = 200 mm d = 10 mm

B2. Acústica 2.4 Propagación del sonido

Experimento: Efecto Doppler acústico con interface para PC Nº de ref. del exp.

21505

Se debe verificar cómo cambia la frecuencia medida desde el micrófono estacionario, cuando una frecuencia constante que alimenta el altavoz se mueve lentamente hacia, o se aleja de, el micrófono. La frecuencia se debe representar como función de la velocidad de la fuente de sonido.

Para el examen cuantitativo del resultado, la velocidad del sonido se mide a partir de la pendiente de la línea y se compara con el valor teórico.

De "Laboratory Experiments Physics"

Experimento: Frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz con interface para PC Nº de ref. del exp.

21508

La finalidad del experimento es mostrar que los resonadores de cavidad acústica poseen una frecuencia característica, que está determinada por su forma geométrica. Se usa como resonador un matraz de vidrio de fondo redondo, que corresponde en su forma y funcionamiento al de un resonador de Helmholtz, como se describe en la bibliografía.

El resonador se excita para que vibre a su frecuencia de resonancia mediante realimentación acústica; el volumen de aire del resonador se reduce de forma gradual llenándolo de agua, y se estudia la dependencia de la frecuencia característica del resonador con el volumen.

De "Laboratory Experiments Physics"

Experimento: Vibración de cuerdas Nº de ref. del exp.

21501

Se hace vibrar una cuerda metálica en tensión. Las vibraciones de la cuerda se exploran ópticamente, el proceso de la vibración se observa en el osciloscopio y se investiga la dependencia de la frecuencia con la tensión y longitud de la cuerda, y con la densidad del material.

De "Laboratory Experiments Physics"

161

B2. Acústica 2.5 Ultrasonidos

Experimento: Dependencia de la velocidad del sonido en líquidos con la temperatura Nº de ref. del exp.

21512

Se radian ondas de sonido en un líquido mediante un transmisor ultrasónico, y se detectan con un transductor piezoeléctrico. La longitud de onda del sonido se obtiene comparando la fase de la señal del detector para los diferentes recorridos del sonido y, cuando se conoce la frecuencia, se determina la velocidad del sonido como función de la temperatura del líquido.

De "Laboratory Experiments Physics"

Generador de ultrasonidos

11744.93

Para generar ondas ultrasónicas senoidales de una frecuencia f=800 kHz e impulsos ultrasónicos con un tiempo de subida del impulso de 3 µs y una frecuencia del impulso de 500 Hz. Para realizar experimentos concernientes a: efectos especiales de los ultrasonidos (atomización, limpieza, efecto térmico, deformación, soldadura ultrasónica, aceleración de reacciones químicas, etc.); proyección del campo de ondas ultrasónicas; características ondulatorias de los ultrasonidos; medida del tiempo de

recorrido del impulso ultrasónico (en agua, en sólidos). El receptor ultrasónico 11744.00 se usa para la visualización directa de las ondas e impulsos ultrasónicos en la pantalla de un osciloscopio.

Célula de vidrio, (150 × 55 ×100) mm

Receptor ultrasónico 03504.00

Usada especialmente para generar ondas estacionarias ultrasónicas en líquidos; observación a través de la proyección de las líneas generadas. En vidrio, espesor de la placa inferior plano paralela, sintonizada a frecuencia ultrasónica de 800 kHz.

tensión de la fuente de alimentación 230 V/50…60 Hz (Otras tensiones a petición) Accesorios estándar: Adaptador de cabezal de sonido clavija BNC/conector de 4 mm 07542.26

11744.00

Con transductor piezoeléctrico. El transductor es estanco al agua y contiene un cristal de cuarzo ultrasónico empotrado en Plexiglas.

Cristal de cuarzo, d = 25 mm; conexión: clavija 4 mm; dimensiones (mm) 185 × 35 × 12

Para una descripción detallada de los contadores, generadores de frecuencia, amplificadores, ver el capítulo E7.

Contador digital, 6 décadas

Generador de frecuencia conectado a la red 13650.93

162

Generador de funciones 13652.93

13603.93

Amplificador de medida universal 13626.93

Contador digital, 4 décadas

13600.93

Amplificador de BF

13625.93