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ULTRASONIDOS
INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO 05
PRESENTA:
ANDRÉS PRECIADO 2224686
ALEXIS GONZALEZ 2222081
DAVID RINCÓN 2212068
Universidad Industrial de Santander
prof. Carlos Omar Bautista Mendoza
BUCARAMANGA SANTANDER Fecha: OCT/
Informe 05: Ultrasonidos
Objetivos
1. Verificar la ley de la reflexión utilizando ondas ultrasónicas reflejadas en una
superficie metálica.
2. Estudiar el comportamiento de la intensidad reflejada como función del ángulo de
incidencia de las ondas ultrasónicas.
3. Determinar experimentalmente la velocidad del sonido en el aire utilizando el
principio de ecosonda.
4. Relacionar el tiempo de tránsito de las ondas ultrasónicas con la distancia
recorrida y calcular dicha distancia entre dos obstáculos.
5. Comparar los valores experimentales obtenidos de la velocidad del sonido con los
valores teóricos dados por la literatura.
Análisis de Datos
Parte A: Estudio de la Reflexión y Distribución de Intensidad. En esta parte del
laboratorio, se investigó el comportamiento de las ondas ultrasónicas al ser reflejadas por
una superficie metálica, con el objetivo de verificar la ley de la reflexión y analizar la
distribución de la intensidad de la señal reflejada.
1. Gráfica de Intensidad Reflejada : Se realizó una gráfica que muestra el cuadrado
de la amplitud del voltaje ( 𝑉) en el receptor como una función del ángulo de
2
incidencia (voltaje al cuadrado vs. ángulo). El cuadrado del voltaje es proporcional
a la intensidad reflejada, por lo tanto, se utilizó esta medida para evaluar cómo
varía la reflexión en diferentes ángulos.
o Gráfica : Para construir esta gráfica, se midieron los valores de voltaje
reflejado a varios ángulos de incidencia y se calcularon los valores
correspondientes de U^2. Estos datos se pueden representar en un gráfico
utilizando Excel u otro programa.
2. Distribución de Intensidad : El análisis de la distribución de la intensidad reflejada
muestra que la máxima reflexión ocurre cuando el ángulo de incidencia es igual al
ángulo de reflexión, confirmando la ley de la reflexión. A medida que el ángulo de
incidencia se aleja del ángulo de reflexión, la intensidad disminuye, lo que refleja la
dispersión de la onda ultrasónica.
Para analizar la distribucion de la intensidad usaremos la expresion: , siendo “a” es el punto mas alto, “b” la media y “c” la desviación estándar.
Nota importante : Debido a que la gráfica de 𝑉 al usar la formula gaussiana da una linea
2
recta (esto se da por que la desviación estándar de 𝑉 es muy grande), obtamos por usar
2
los datos de V para aplicar esta funcion de distribución.
Además en “Anexos” podremos observar algunos cálculos hechos a mano.
Distribución de intensidad ( θ-b)^2 2desviación^2 (2c^2) f(x) =ae^-(( θ-b)^2)/2c^** 144,00 218,58 17, 81,00 218,58 23, 36,00 218,58 28, 9,00 218,58 32, 0,00 218,58 34, 9,00 218,58 32, 36,00 218,58 28, 81,00 218,58 23, 144,00 218,58 17, Desviación Estándar C a b c^ 10,45418576 34 90 218, Tabla 2. Desviación estándar y Distribución de intensidad
Gráfica 2. Distribución de intensidad
Parte B: Verificación del Principio de Ecosonda y Cálculo de la Velocidad del Sonido
En esta segunda parte, se utilizó el principio de ecosonda para medir la distancia entre
dos obstáculos y determinar experimentalmente la velocidad del sonido en el aire.
1. Gráfica de Tiempo de Tránsito vs. Distancia : A partir de los datos
experimentales obtenidos en la Tabla 2 (proporcionada en el laboratorio), se
graficó la relación entre 2d (el doble de la distancia recorrida por el pulso
ultrasónico) y el tiempo de tránsito del pulso.
o Gráfica : Esta gráfica es una línea recta, cuya pendiente está relacionada
con la velocidad del sonido. Los datos se ajustaron utilizando una regresión
lineal para obtener el valor de la pendiente, que corresponde a v/2, donde v
es la velocidad del sonido.
Datos registrados en LAB. Tiempo [s] Distancia [m] Distancia total (2)* 0,00 0,20 0, 0,00 0,30 0, 0,00 0,40 0, 0,00 0,50 1, 0,00 0,60 1, 0,00 0,70 1, 0,00 0,80 1, 0,01 0,90 1, 0,01 1,00 2, 0,01 1,10 2, 0,01 1,20 2, Tabla 5. Distancias -Tiempos
Gráfica 3. Distancia vs tiempo
2. Cálculo de la Velocidad del Sonido : A partir de la pendiente de la línea recta
obtenida en la gráfica anterior, se calculó la velocidad del sonido utilizando la
ecuación:
Además, también se nos proporcionó la siguiente relación para la velocidad del
sonido en el aire como una función de la temperatura ambiente T (en °C):
Con el valor de la temperatura registrada durante el experimento, se calculó el
valor teórico de la velocidad del sonido y se comparó con el valor experimental
obtenido.
Conclusiones:
1. Verificación de la Ley de la Reflexión : El experimento confirma que las ondas
ultrasónicas siguen la ley de la reflexión, dado que la máxima intensidad reflejada
ocurre cuando el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
2. Distribución de la Intensidad : La intensidad reflejada disminuye al aumentar la
diferencia entre el ángulo de incidencia y reflexión, lo que muestra cómo se
dispersa la onda ultrasónica fuera del ángulo de máxima reflexión.
3. Determinación de la Velocidad del Sonido : La velocidad del sonido determinada
experimentalmente mediante el principio de ecosonda coincide con el valor teórico
calculado en función de la temperatura ambiente, lo que demuestra la precisión de
esta técnica.
4. Relación entre Distancia y Tiempo de Tránsito : La gráfica de tiempo de tránsito
vs. 2d muestra una relación lineal directa, lo que valida el uso de las ondas
ultrasónicas para medir distancias entre objetos.
5. Importancia de la Temperatura : Se observó que la velocidad del sonido en el aire
varía ligeramente con la temperatura, y que esta relación es consistente con los
valores teóricos proporcionados en la literatura. Gracias.
Anexos
