Ultrasonidos (Fiz0312)

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: 2. Conecte el amplificador de detector de ultrasonido al canal 1 del osciloscopio, y el generador de señal de ultrasonido al canal 2 y al trigger '''externo'''del osciloscopio.
  
: 2. Conecte el amplificador de detector de ultrasonido al canal 1 del osciloscopio, y el generador de señal de ultrasonido al canal 2 y al trigger '''externo'''del osciloscopio.
   
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: 3. Encienda el emisor de ultrasonido seleccionando modo pulsado. Encienda el amplificador del detector.
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: 3. Encienda el emisor de ultrasonido seleccionando modo '''pulsado'''. Encienda el amplificador del detector.
   
 
: 6. Ajuste la perilla de sensibilidad del amplificador, la amplificación y base de tiempo, como para que en estas condiciones de operación, la pantalla del osciloscopio muestre una señal como la de la figura 2. El pulso cuadrado inicial corresponde a una señal de referencia para la emisión del pulso de ultrasonido que se observa con posterioridad. El tiempo transcurrido entre el inicio del pulso cuadrado y el inicio del pulso de ultrasonido corresponde al tiempo que demora el ultrasonido en viajar desde el emisor hasta el detector.
  
: 6. Ajuste la perilla de sensibilidad del amplificador, la amplificación y base de tiempo, como para que en estas condiciones de operación, la pantalla del osciloscopio muestre una señal como la de la figura 2. El pulso cuadrado inicial corresponde a una señal de referencia para la emisión del pulso de ultrasonido que se observa con posterioridad. El tiempo transcurrido entre el inicio del pulso cuadrado y el inicio del pulso de ultrasonido corresponde al tiempo que demora el ultrasonido en viajar desde el emisor hasta el detector.
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: 1. Arme el montaje que se muestra en la figura 3, donde <math>L</math> representa una superficie metálica. <math>P</math> es una pantalla, de algún material como plumavit o cartón, que tiene por objeto impedir la llegada de ultrasonido directamente del emisor al receptor, sin incidir sobre la superficie reflectante.
  
: 1. Arme el montaje que se muestra en la figura 3, donde <math>L</math> representa una superficie metálica. <math>P</math> es una pantalla, de algún material como plumavit o cartón, que tiene por objeto impedir la llegada de ultrasonido directamente del emisor al receptor, sin incidir sobre la superficie reflectante.
   
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: 2. Con las posiciones del emisor fija, en un angulo <math>\theta_i</math> entre la dirección de la onda incidente y la normal a la superficie de la placa, gire el detector, siguiendo un arco de circunferencia (ver figura 3), registrando el ángulo <math>\theta_r</math> para el cual la intensidad de ultrasonido que mide el osciloscopio resulta máxima.
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: 2. Ponga el emisor en modo '''continuo''' y coloque el Trigger interno del osciloscopio.
   
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: 3. Estime la incerteza angular en la determinación del máximo.
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: 3. Con las posiciones del emisor fija, en un angulo <math>\theta_i</math> entre la dirección de la onda incidente y la normal a la superficie de la placa, gire el detector, siguiendo un arco de circunferencia (ver figura 3), registrando el ángulo <math>\theta_r</math> para el cual la intensidad de ultrasonido que mide el osciloscopio resulta máxima.
   
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: 4. Construya una tabla y un gráfico de <math>\theta_i</math> <math>versus</math> <math>\theta_{\rm{max}}</math>, para <math>10^0 <\theta_i<80 ^0 </math>.
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: 4. Estime la incerteza angular en la determinación del máximo.
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== III) Interferencia de Ultrasonidos ==
  
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: 2. Desplazando el detector a traves de una recta (contenida en el plano de incidencia) mida con el osciloscopio el perfil de la interferencia en el detector.
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: 2. Desplazando el detector a traves de un circulo mida con el osciloscopio el perfil de la interferencia en el detector.
   
 
==IV) Difracción de Ultrasonidos==
  
==IV) Difracción de Ultrasonidos==
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: 1. La red de difraccion para ultrasonidos consiste en una placa de cartón en la que se cortaron rendijas de <math>2cm</math> de ancho, con idéntica separación.
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: 1. La red de difraccion para ultrasonidos consiste en una placa de cartón en la que se cortaron rendijas de <math>1cm</math> de ancho, con idéntica separación de <math>d=2cm</math> .
   
 
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: 3. Haga un calculo teórico para obtener el perfil de intereferencia y comparelo con los resultados obtenidos en el experimento.
  
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: 4. Compare los resultados experimentales con la formula teórica de la difracción de Fraunhoffer para una red de difracción.
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: 4. Compare los resultados experimentales con la formula teórica.

Revision as of 10:57, 14 August 2013

Contents

Ultrasonidos

Objetivo

Estudiar las propiedades de ondas ultrasónicas.


Introducción

El ultrasonido es imperceptible al oido humano y su dispersión en el aire es despreciable. Es generado por ondas mecanicas cuya frecuencia es mayor a 20 Khz y su longitud de onda menor a 10 milimetros aproximadamente.

La velocidad de fase del sonido está dada por LaTeX: c =343 \rm{m}/\rm{s} .

Equipamiento

- Par de transductores ultrasónicos: emisor y detector.

- Brazo articulado con transportador.

- Osciloscopio.

- Regla.

- Red de difracción para ultrasonidos.

- Papel milimetrado.

Procedimiento Experimental

i) Conecte el cable coaxial del detector a una entrada del osciloscopio.
ii) Utilice el Trigger interno del osciloscopio.
iii) Seleccione en el osciloscopio una amplitud de señal en el rango de LaTeX: 20mV/div y una frecuencia de barrido de LaTeX: 1 \mu s /div.
iv) Encienda el emisor seleccionando el modo continuo y apúntelo hacia el receptor, de modo que aparezca la señal sinusoidal correspondiente a la onda ultrasónica en la pantalla del osciloscopio.
v) Con el osciloscopio determine la frecuencia de la onda ultrasónica.
vi) Determine la longitud de onda del ultrasonido generado por el emisor.

I) Determinación de la Velocidad del Sonido

S1.png


1. Ubique el generador y detector de ultrasonido uno frente a otro, separados una distancia del orden de LaTeX: 1m, como muestra la figura 1.
So2.png
2. Conecte el amplificador de detector de ultrasonido al canal 1 del osciloscopio, y el generador de señal de ultrasonido al canal 2 y al trigger externodel osciloscopio.
3. Encienda el emisor de ultrasonido seleccionando modo pulsado. Encienda el amplificador del detector.
6. Ajuste la perilla de sensibilidad del amplificador, la amplificación y base de tiempo, como para que en estas condiciones de operación, la pantalla del osciloscopio muestre una señal como la de la figura 2. El pulso cuadrado inicial corresponde a una señal de referencia para la emisión del pulso de ultrasonido que se observa con posterioridad. El tiempo transcurrido entre el inicio del pulso cuadrado y el inicio del pulso de ultrasonido corresponde al tiempo que demora el ultrasonido en viajar desde el emisor hasta el detector.
7. Usando este método de medición, construya un gráfico LaTeX: distancia LaTeX: versus LaTeX: tiempo, y determine la velocidad de propagación del sonido.

II) Reflección de Ultrasonidos

So3(1).png


1. Arme el montaje que se muestra en la figura 3, donde LaTeX: L representa una superficie metálica. LaTeX: P es una pantalla, de algún material como plumavit o cartón, que tiene por objeto impedir la llegada de ultrasonido directamente del emisor al receptor, sin incidir sobre la superficie reflectante.
2. Ponga el emisor en modo continuo y coloque el Trigger interno del osciloscopio.
3. Con las posiciones del emisor fija, en un angulo LaTeX: \theta_i entre la dirección de la onda incidente y la normal a la superficie de la placa, gire el detector, siguiendo un arco de circunferencia (ver figura 3), registrando el ángulo LaTeX: \theta_r para el cual la intensidad de ultrasonido que mide el osciloscopio resulta máxima.
4. Estime la incerteza angular en la determinación del máximo.
5. Construya una tabla y un gráfico de LaTeX: \theta_i LaTeX: versus LaTeX: \theta_{\rm{max}}, para LaTeX: 10^0 <\theta_i<80 ^0 .

III) Interferencia de Ultrasonidos

1. Coloque el emisor apuntando en algun angulo incidente a la lamina metalica y coloque el detector en algun lugar donde pueda recibir la onda incidente y la onda reflejada.
So4.png
2. Desplazando el detector a traves de un circulo mida con el osciloscopio el perfil de la interferencia en el detector.

IV) Difracción de Ultrasonidos

Cuando un frente espacialmente uniforme y monocromático de ondas incide sobre una apertura de dimensiones comparables a la longitud de onda, se puede apreciar efectos de difracción. Estos consisten básicamente en que al otro lado de la apertura se produce una distribución espacial bien definida de máximos y mínimos de intensidad de onda.

Si el frente de onda, con longitud de onda LaTeX: \lambda incide sobre una apertura que consiste de un par de rendijas largas y angostas, separadas a una distancia LaTeX: d, la distribución angular de máximos de intensidad al otro lado de las rendijas, para una aproximación de onda plana incidente, está dada por:


LaTeX: n \lambda = d \cdot (\sin(\theta_i)\pm \sin(\theta_r)) \qquad\qquad\qquad (1)

donde LaTeX: \theta_i es el ángulo de incidencia, LaTeX: \theta_r es el ángulo de reflección, y LaTeX: n representa cada uno de los máximos sucesivos, a partir del máximo central.


1. La red de difraccion para ultrasonidos consiste en una placa de cartón en la que se cortaron rendijas de LaTeX: 1cm de ancho, con idéntica separación de LaTeX: d=2cm .
So5.png
2. Coloque el emisor a una distancia de la red de difrección donde se cumpla la aproximación de onda plana, con LaTeX: \theta_i=0.
3. Mida la intensidad al otro lado, desplazando el receptor perpendicular a la red, colocando el receptor a una distancia donde se cumpla la aproximación de Fraunhoffer. En este caso la aproximación de Fraunhoffer significa que la distancia entre la red de difracción y la pantalla debe ser mucho más grande que el ancho de las rendijas.
4. Con los datos obtenidos construya un gráfico LaTeX: A (amplitud de la presión relativa) LaTeX: versus LaTeX: \sin(\theta).

Análisis y Discusión de Resultados, Para cada actividad

1. Construya una curva de distancia vs tiempo para calcular la velocidad de fase del sonido. Compare la velocidad de fase del sonido obtenida de manera experimental con la velocidad de fase del sonido existente en la literatura y con el valor teórico de la misma.
2. Estudie el gráfico de LaTeX: \theta_i LaTeX: versus LaTeX: \theta_{\rm{max}}, para LaTeX: 10^0 <\theta_i<80 ^0 , calculando errores de medición.
3. Haga un calculo teórico para obtener el perfil de intereferencia y comparelo con los resultados obtenidos en el experimento.
4. Compare los resultados experimentales con la formula teórica.
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