viernes, 4 de junio de 2010

Una medida de sobremesa de la velocidad del sonido

El equipamiento básico de los laboratorios de electrónica incluye un "generador de funciones" y un "osciloscopio". El primero sirve para generar ondas eléctricas de intensidad y frecuencia variable, el segundo para visualizar en una pantalla esas señales. Para medir la velocidad del sonido de una forma sencilla necesitamos esos dos elementos y otros dos: un altavoz y un micrófono.

El montaje es el siguiente: se conecta el generador de funciones al altavoz y se llevan al osciloscopio la señal de alimentación del altavoz y la de salida del micrófono. Colocamos el altavoz frente al micrófono deparados una distancia d y conectamos el generador (con una señal senoidal) a una frecuencia f. El altavoz emite un sonido que viaja la distancia d y se recibe en el micrófono; tanto la señal emitida como la detectada las vemos en el osciloscopio.
Veremos dos señales parecidas a las de la figura adjunta, dos sinusoides que no están en fase. A la diferencia de fase (la distancia entre dos pasos por cero) le llamamos DF.

Si variamos la distancia d, también varía la diferencia de fase DF. Así podemos ir moviéndo el micrófono hasta tener las señales en fase, a partir de ahí lo vamos alejando hasta que vuelven a estar en fase. Sabemos entonces que hemos separado el micrófono una distancia equivalente a una longitud de onda del sonido (Londa). Ese valor de Londa lo hemos medido con una regla, en milímetros, y por otro lado conocemos la frecuencia del sonido, porque lo hemos fijado en un selector del generador de funciones.

Solo nos falta hacer una sencilla operación. La velocidad de una onda (v) la podemos expresar como la distancia de una longitud de onda dividida por el tiempo que tarda en recorrerla, que es un período, el inverso de la frecuencia (f). Es decir v = Londa x f

No tenemos más que multiplicar la medida de Londa por la frecuencia y tenemos la velocidad del sonido.

En la práctica, por facilidad, es mejor tomar semilongitudes de onda. Además, podemos tomar medidas a diferentes frecuencias, así que se pueden generar series de datos y hacer la media, o ajustarlas por mínimos cuadrados. Si se mide con cuidado se puede incluso apreciar la variación de la velocidad del sonido con la temperatura del aire (que es apreciable).

Al prepara esta práctica, en la soledad del laboratorio, todo funcionaba perfectamente. Cuando llegaron 15 grupos y se pusieron a hacer sonar 15 altavoces a distintas frecuencias, los micrófonos recogían todas las señales y el ambiente era ensordecedor... ni se pudo medir ni soportar. Esta práctica es para hacer en soledad.

Este asunto es un poco más técnico de lo que yo etiquetaría como "ciencia cotidiana", pero por no tanto ¿no? Para otro día dejo otra medida de la velocidad del sonido "de sobremesa" menos electrónica y más física.
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