Velocidad del sonido

La velocidad de propagación del sonido en el aire está afectada por la temperatura. La ecuación que relaciona ambas magnitudes es esta: 

Como se observa, la velocidad es inversamente proporcional a la masa molar del aire. Sin embargo el aire es una mezcla de gases, de modo que esa masa molar es una masa molar que promedia el % el volumen de cada gas que forma el aire y la masa molar de cada uno de ellos.

1. Hipótesis a comprobar

La velocidad del sonido NO depende de la frecuencia del foco que origina la vibración

Experimento, toma de datos, interpretación de resultados y conclusión.

Para realizar nuestro experimento vamos a emplear esta simulación que permite medir para cada temperatura,  la diferencia de tiempos recorridos por el sonido en el aire.

• Elige una distancia grande entre los micrófonos. 
• Sin modificar la temperatura, toma valores de t1, t2 y distancia entre los micrófonos que recogen el sonido.
• Calcula las velocidades de propagación para frecuencias de vibración del diapasón (foco) de  100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz y 500Hz. 
• ¿Qué conclusión extraes?

2. Hipótesis a comprobar

La velocidad del sonido a una temperatura determinada es uniforme independientemente de la distancia al foco a la que realicemos la medida.

Experimento, toma de datos, interpretación de resultados y conclusión.

• Para una temperatura fija, por ejemplo 20ºC, toma cinco conjuntos de datos de t1(ms), t2(ms) y distancia entre los dos micrófonos (m).
• Calcula las 10 velocidades y compara los valores.
• ¿Qué conclusión extraes? ¿Qué tipo de movimiento realiza el sonido?

3. Hipótesis a comprobar

La masa molar promedio del aire vale 28,96 g/mol

Antes de empezar hay que dejar bien claro que el aire no es una sustancia pura y por tanto no tiene masa molar, sin embargo si que podemos estimar a nivel teórico su masa molar teniendo en cuenta su composición en % en volumen. Para ello bastaría saber:

• % en volumen de cada gas.
• Fracción molar de cada gas. La obtenemos dividiendo entre 100 el % en volumen. Recuerda que la fracción molar relaciona los moles de un componente con los moles totales, que en nuestro caso será de 1 mol de aire.
• Traducimos a masa (g) los moles de cada componente.

El resultado teórico es este:

Experimento, toma de datos, interpretación de resultados y conclusión.

• Sin modificar la temperatura, por ejemplo 20ºC, toma 10 conjuntos de datos t1 (ms), t2 (ms), distancia entre micrófonos (m).
• Con los datos anteriores, calcula la velocidad de propagación.
• Teniendo en cuenta la ecuación inicial, calcula el valor experimental de la masa molar del aire.

 4. Hipótesis a comprobar

La velocidad de propagación del sonido en el aire aumenta con la temperatura del aire.

Experimento, toma de datos, interpretación de resultados y conclusión.

• Elige una distancia grande entre los dos micrófonos.
• Para temperaturas de 10ºC, 20ºC, 30ºC, 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC, 80ºC, 90ºC y 100ºC, y sin modificar la distancia entre micrófonos, toma datos de t1(ms) y t2(ms).
• Calcula la velocidad de propagación para cada temperatura, teniendo en cuenta que tienes que convertir las temperaturas a K.
• Realiza una gráfica v (m/s) frente a T(K). Para ello puedes usar esta aplicación muy sencilla de manejar. ¿Es cierta la hipótesis planteada?
• Realiza ahora una representación v (m/s) frente a Raíz cuadrada de T(K).