Experiencia P27: Velocidad del Sonido en el Aire Sensor de Sonido

Transcripción

1 Experiencia P27: Velocidad del Sonido en el Aire Sensor de Sonido Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Velocidad del Sonido P27 Speed of Sound 1.DS Ver Apéndice Ver Apéndice Equipo necesario Cant. Otros Cant. Sensor de Sonido (CI-6506B) 1 Cinta adhesiva 1 rollo Base y Soporte (ME-9355) 1 Tubo de cartón, 15 cm de diámetro 1 Abrazadera, tres dedos (SE-9445) 1 Cinta Métrica (SE-8712) 1 IDEAS PREVIAS Cómo puede utilizarse un sensor de Sonido para medir la velocidad del sonido en el aire? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO La velocidad del sonido es distinta a través de diferentes materiales. La velocidad del sonido depende de la elasticidad y la densidad del material. Por ejemplo, la elasticidad del helio es casi igual que la elasticidad del aire, pero su densidad es mucho menor. Como consecuencia la velocidad del sonido en el helio es unas tres veces más rápida que en el aire. En los gases, la velocidad del sonido depende de la temperatura. En el aire, la velocidad aumenta aproximadamente 0.60 m/s por cada grado Celsius de aumento de la temperatura. Teóricamente, se puede calcular la velocidad del sonido partiendo de la distancia que recorre y el tiempo en que recorre esta distancia. En la práctica el cálculo se basa a menudo en el intervalo de tiempo que hay entre el sonido producido y su eco. La velocidad del sonido es igual al doble de la distancia dividido entre el tiempo total. RECUERDE Siga todas las instrucciones de seguridad. P PASCO scientific p. 259

2 PROCEDIMIENTO Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo que está cerrado por el otro extremo. Utilice el sensor de Sonido para detectar el sonido y su eco. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para medir el tiempo que transcurre entre el sonido y su eco. Mida la longitud del tubo. Utilice la distancia y el tiempo total para calcular la velocidad del sonido en el aire. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. 2. Conecte un extremo del cable del interfaz al sensor de Sonido y el otro extremo al Canal Analógico A del interfaz. 3. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P27 Speed of Sound 1.DS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. La recogida de datos está fijada en medidas por segundo (10000 Hz). Lea el Apéndice para más información acerca de cómo crear un archivo ScienceWorkshop. 4. Ajuste el Campo de Acción para comenzar en un voltaje creciente de voltios. En DataStudio, haga clic en el botón Scope Settings ( ) en la barra de herramientas del display Scope. Resultado: se abrirá la ventana Scope Settings. Haga clic en el tabulador Tools e introduzca el nivel del campo. Haga clic en OK para regresar al display Scope. P PASCO scientific p. 260

3 En ScienceWorkshop, haga doble clic en el display Campo de Acción. Resultado: se abre la ventana de configuración del Campo de Acción. Ajuste el nivel del Campo. Haga clic en OK para regresar al display de Ajuste de Campo. PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el sensor. 1. Tape un extremo del tubo con cinta adhesiva. 2. Utilice un soporte y una abrazadera para montar el sensor de Sonido en el centro del extremo abierto del tubo. 3. Mida la longitud del tubo y anote la longitud en la tabla de datos. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Comience la recogida de datos. (En DataStudio, seleccione Monitor Data en el Experiment menu. En ScienceWorkshop, haga clic en MON ). 2. Chasquee sus dedos frente a la parte abierta del tubo. Lea los resultados en el display Campo de Acción ( Scope en DataStudio). Si la primera serie de datos no muestra el chasquido y su eco, ajuste la velocidad de barrido en el display Scope. 3. Finalice la recogida de datos (haga clic en Alto ). ANÁLISIS DE DATOS 1. Transfiera los datos desde el display Scope. En DataStudio, haga clic en el botón Transfer Data ( ) en la barra de herramientas de Scope. Resultado: se mostrará la serie de datos bajo Data en el Summary list. P PASCO scientific p. 261

4 En ScienceWorkshop, haga clic en el botón Vista de Datos ( ) en el display Campo de Acción. Resultado: se abre la ventana Introducción de Información de Datos Caché. Introduzca un Nombre y una Abreviatura. Introduzca voltios como Unidades. Resultado: Aparece una nueva serie de datos en la Lista de Datos. Haga clic en OK para regresar al display Campo de Acción. 2. Visualice los datos en la gráfica. En DataStudio, seleccione la serie de datos en el Data menu ( ). Resultado: la gráfica muestra los datos del sonido y su eco. En ScienceWorkshop, seleccione Nueva Gráfica en el Menú. Resultado: se abre una nueva gráfica. Seleccione Datos Caché, Velocidad del Sonido en el Menú de Valores del Eje-Y. Resultado: la gráfica muestra los datos del sonido y su eco. 3. Utilice las herramientas de análisis de la gráfica para determinar el tiempo transcurrido entre el primer pico del sonido y el primer pico del eco. Determine la velocidad del sonido. En DataStudio, utilice la función delta function de Smart Tool ( ). Pinche y arrastre la esquina del Smart Tool desde el primer pico del sonido hasta el primer pico del eco. En ScienceWorkshop, utilice la función delta del Cursor Inteligente ( ). Pinche y arrastre el Cursor Inteligente desde el primer pico del sonido hasta el primer pico del eco. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. P PASCO scientific p. 262

5 Informe de Laboratorio Experiencia P27: Velocidad del Sonido en el Aire IDEAS PREVIAS Cómo puede utilizarse un sensor de Sonido para medir la velocidad del sonido en el aire? Tabla de Datos Longitud del tubo (m) Tiempo (s) Velocidad del Sonido (m/s) m s m/s (Recuerde que el tiempo entre el primer pico del sonido y el primer pico del eco corresponde al tiempo total que tarda el sonido en ir hasta el final del tubo y regresar). CONCLUSIÓN 1. Compare el valor experimental obtenido de la velocidad del sonido con el valor comúnmente aceptado de 343 m/s a una temperatura de 20ºC. P PASCO scientific p. 263