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:
- 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.
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).
