CLASE ONDAS Y SONIDO

OBJETIVOS Al término de la unidad, usted deberá: 1. Reconocer el sonido como una onda. 2. Establecer las características del sonido. 3. Aplicar los fenómenos ondulatorios al sonido. 4. Utilizar las propiedades del sonido a la resolución de problemas.

Ondas

 ¿Te has preguntado cómo escuchamos? ¿Cómo llega la señal de televisión o de radio a nuestra casa? ¿Cómo es posible que nos comuniquemos por celular? ¿Cómo las ballenas se comunican entre sí? ¿Cómo los murciélagos, a pesar de ser ciegos, esquivan objetos y atrapan su alimento? Introducción

La respuesta es simple, por las ondas. Pero para que haya una onda, antes tiene que existir una vibración, entonces: ¿qué es una vibración? Introducción

 Una vibración es una oscilación respecto a una posición en equilibrio. Por ejemplo, cuando haces sonar una campana, ésta vibra. Estas vibraciones se desplazan por un espacio y para esto requieren de un determinado tiempo. Vibración

Ejemplo Nota: prender altavoces

ONDAS Y SONIDO 8

 Entonces, ¿qué es una onda? Ondas Es el desplazamiento de partículas en el espacio durante un determinado tiempo.

 En términos físicos: una onda es una perturbación que se propaga en un medio material (por ejemplo una cuerda) o por el vacío (las ondas electromagnéticas). Ondas Movimiento de una onda en una cuerda

Tenemos dos tipos de ondas:  Las ondas transversales.  Las ondas longitudinales. Tipos de ondas

 Las ondas transversales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, al hacer vibrar una cuerda tensa. Onda Transversal Onda transversal

 Las ondas longitudinales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda sucede en la misma dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, el sonido. Onda Longitudinal Onda longitudinal

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16 El medio de propagación Mecánicas Electromag- néticas Son aquellas ondas que necesitan un medio material para propagarse. Ejemplo: el sonido, una onda que se traslada en un resorte, etc. Son aquellas que no necesitan de un medio material para propagarse, sino que lo puede hacer en el vacío, es decir en ausencia de partículas que transporten la energía de la onda. Ejemplo la luz visible, ondas de radio, rayos X y microondas En las ondas mecánicas se propaga energía mecánica (sonido) En las ondas electromagnéticas se propaga energía electromagnética (luz)

17 El pulso es una y sólo una perturbación que se propaga por un medio Número de oscilaciones Pulso Periódica Las ondas más interesantes de la naturaleza son periódicas. Eso quiere decir que no es una única perturbación la que viaja, sino que son muchas (muchísimas) perturbaciones, una atrás de la otra, todas iguales y equiespaciadas. Es decir, que se producen, o sus ciclos se repiten a intervalos de tiempo iguales

18 Dirección de propagación Transversales Longitudinales Ondas Transversales: Este tipo de ondas la dirección de oscilación de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, es decir, si la onda se propaga en dirección horizontal, las moléculas del medio oscilaran en dirección vertical en torno a su punto de equilibrio. En el caso de un resorte, en posición horizontal, se puede generar una onda transversal al sacudirlo hacia arriba y hacia abajo. La onda se propaga en forma horizontal mientras que las espiras del resorte suben y bajan Ondas Longitudinales: Son aquellas ondas en la que la dirección de oscilación de las partículas del medio es igual a la dirección de propagación de la onda, es decir, si la onda se propaga horizontalmente hacia adelante, las moléculas del medio oscilarán hacia adelante y atrás en torno a su punto de equilibrio. Este tipo de ondas se forma, por ejemplo, en un resorte largo y flexible, al estirarlo y comprimirlo por uno de sus extremos. En este caso, la onda se propaga en forma de compresiones y expansiones a lo largo del resorte

19 Dimensión de Vibración Unidimensionales Bidimensionales Son aquellas que viajan en una dirección. Ejemplos las ondas de una cuerda Tridimensionales Son aquellas que viajan en dos direcciones. Ejemplos las ondas que se propagan en el agua, en un lago. Son aquellas que viajan en tres direcciones. Ejemplos las ondas de sonido

20 Sentido de Propagación Viajeras Estacionarias Son aquellas que se propagan partiendo desde una fuente, sin volver atrás. Por ejemplo: la luz del sol que viaja por el espacio, llega a nosotros sin devolverse, también las ondas que se propagan por la superficie del agua en un lago Son ondas que aparecen al superponerse dos ondas viajeras idénticas que se propagan en sentidos opuestos resultando en una onda inmóvil en el espacio. Por ejemplo, cuando una onda viajera incide sobre un punto fijo, se refleja, devolviéndose con la misma frecuencia y dirección, pero sentido contrario

 Algunas características de una onda: La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama Cresta. La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se llama Valle. El máximo alejamiento de la onda con respecto a la posición de equilibrio se llama Amplitud (A). Características de las ondas Cresta Valle Amplitud Posición de equilibrio

 La distancia que hay entre dos crestas o dos valles se llama Longitud de onda ( ). Características de las ondas Longitud de onda

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 El tiempo transcurrido entre dos ondas consecutivas se llama período (T).  T =  El número de ondas emitidas en cada segundo se llama frecuencia (f).  f = Características de las ondas

Características de las Ondas 25

Sonido

EL SONIDO El sonido se produce por la vibración de un medio elástico, que puede ser gaseoso, líquido o sólido.

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TIPOS DE SONIDO Los sonidos que son audibles para el ser humano son aquellos cuya frecuencia está entre 20 Hz y Hz. ANIMALESFRECUENCIA(Hz) perro Polilla Pájaro Ser humano delfín Rana Cocodrilo

CARACTERÍSTICA DEL SONIDO Cualquiera sea la frecuencia que tenga un sonido, se caracteriza por ser una onda de tipo mecánica, longitudinal, donde el medio que vibra lo hace por variaciones de presión.

 Como hemos visto, el sonido es una onda longitudinal, en donde el movimiento de las partículas de la onda sucede en la misma dirección de propagación de la onda. Sonido

 Es decir, así: Sonido

Velocidad de propagación

 La velocidad de propagación de la onda es el producto de su longitud de onda por su frecuencia: v = λ f  La velocidad de una onda dependerá de las características del medio en que se propaga.  Si lo hace en un medio como el aire, su velocidad será entre 330 y 350 m/s (dependiendo de la temperatura del aire).  En cambio, si lo hace sobre un metal, por ejemplo el acero, su velocidad será de m/s. Velocidad de propagación

Velocidad de propagación del sonido en distintos medios MedioVelocidad (m/s) Caucho60 Aire (14 º C)340 Vapor de agua500 Agua de mar1.450 Cemento4.000 Cobre5.000 Vidrio5.700 Acero6.000

TRANSMISIÓN DEL SONIDO  La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plasticina, que no lo es.  Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.

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Velocidad del Sonido El sonido varia con la temperatura del medio, por lo que la velocidad de este a 0°C será de 330 m/s y ésta aumentará 0,6 m/s por cada grado de temperatura que aumente el medio de transmisión. Donde: v: velocidad de propagación en (m/s) : longitud de onda en (metros) F: Frecuencia de la onda en (Hertz)

TRANSMISIÓN DEL SONIDO EN UNA CUERDA VIBRANTE La velocidad del sonido en una cuerda vibrante depende de la tensión de la cuerda (T) y de la masa (m) por unidad de longitud (L). Unidades para velocidad S.I.: (m/s) C.G.S.:(cm/s)

INTENSIDAD (VOLUMEN) La intensidad de la onda sonora es una cantidad física que se define como la energía sonora que transporta una onda por unidad de tiempo a través de una unidad de área. La intensidad es directamente proporcional a la amplitud de la onda e inversamente proporcional a la distancia entre el emisor y el receptor. Unidad de medida: EL DECIBEL FUENTE DEL SONIDO NIVE L(db) Motor a reacción, a 30m120 umbral del dolor140 rock ruidoso115 Trafico pesado70 Conversación normal60 Biblioteca40 Murmullo cercano20 respiración normal10 Umbral auditivo0

TONO (ALTURA) Es una característica del sonido que está relacionado con la frecuencia. Las frecuencias más bajas (vibraciones lentas) producen sonidos graves y las frecuencias más altas (vibraciones rápidas) producen sonidos agudos.

TIMBRE Es una característica del sonido que permite diferenciar entre dos sonidos de igual tono e intensidad, emitidos por dos fuentes sonoras diferentes. Por ejemplo, un violín y una guitarra.

REFLEXIÓN DEL SONIDO Es una propiedad característica del sonido, que algunas veces llamamos eco. El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.

REFLEXIÓN DEL SONIDO Es una propiedad característica del sonido, que algunas veces llamamos reverberación. En espacios públicos como teatros, salas de música o catedrales, el sonido sufre múltiples reflexiones en las paredes y cielos. En estos recintos, es usual escuchar música después que cesa la emisión de ondas sonoras. Este efecto recibe el nombre de reverberación. 44

REFRACCIÓN DEL SONIDO Cuando un sonido pasa de un medio a otro, se produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio. Por ejemplo, el sonido se propaga más rápidamente en el aire caliente que en el aire frío.

ABSORCIÓN DEL SONIDO La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo. Es un valor que varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).

DIFRACCIÓN DEL SONIDO Si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de propagación, es capaz de rodearlo y seguir propagándose. La persona B puede escuchar a la persona A, en virtud de que las ondas sonoras emitidas por A rodean el muro y llegan al oído de B.

INTERFERENCIA DEL SONIDO En la figura, F 1 y F 2 son dos altoparlantes que emiten ondas sonoras de la misma amplitud en fase, las cuales, al propagarse, generan interferencias destructivas e interferencias constructivas. Si una persona caminara a través de esta configuración de interferencia sonora, no percibiría sonido al cruzar las regiones nodales C, B, A, A’, etc. y escucharía un sonido que es más fuerte en los puntos medios.

RESONANCIA Es un refuerzo de la amplitud de vibración por el acoplamiento de otra vibración de frecuencia muy similar. Los cuerpos poseen una frecuencia natural de vibración. El acoplamiento puede llegar a romper la estructura del cuerpo.

EFECTO DOPPLER Se manifiesta al existir movimiento relativo entre la fuente emisora y el receptor.  Si la fuente se acerca al receptor, la frecuencia observada por éste será mayor que la frecuencia emitida.  Si la fuente se aleja del receptor, la frecuencia observada por éste será menor que la frecuencia emitida.  f o =frecuencia real; V s = velocidad del sonido; V R = velocidad del observados; V f = velocidad del emisor

51 EFECTO DOPPLER

Efecto Doppler

Música y Ruidos  Los sonidos de la música presentan regularidades en ellos se observan los tonos dominantes, intensidad.  En cambio, ruido la vibración de cuerpo se produce sin una relación entre el tono fundamental y la intensidad.

Los Instrumentos Musicales  Los instrumentos musicales generan sonidos con un timbre que permite diferenciarlos.  El material con que esta construido el instrumento, la forma que éste tenga y la particular manera de hacerlo vibrar influirá en el sonido que generen.  Existe Instrumentos de curda, de viento y de percusión.

El Oído y la Respuesta Auditiva  El oído es un órgano que cumple dos funciones fundamentales, nos permite captar el estimulo de las ondas sonoras y conservar el equilibrio al mantenerse informados de la posición en el espacio de nuestro cuerpo y de su movimiento.  Una de las funciones principales del oído es la de convertir las ondas sonoras en vibraciones que estimulen las células nerviosas, para ello el oído tiene tres partes claramente identificadas.  El oído está formado por tres secciones diferentes: el oído externo, el oído medio y el oído interno.  Cada parte tiene funciones específicas dentro de la secuencia de procesamiento del sonido.

Oído Externo: es la zona que recibe las ondas sonoras. En él se encuentra el tímpano, una membrana elástica que vibra al perturbarse con las ondas provenientes del canal auditivo, transformando la energía sonora en energía mecánica. 2.- Oído Medio: en él se ubica un conjunto de tres huesecillos, el martillo, el yunque y el estribo, que transmiten y amplifican las vibraciones del tímpano. El movimiento del estribo hace vibrar la ventana oval ubicada entre el oído medio y el oído interno 3.- Oído Interno: formado por un pequeño conducto, llamado cocléa o caracol, lleno de fluído que transmite las vibraciones hasta terminaciones nerviosas que generan impulsos nerviosos hacia el nervio auditivo. Finalmente, el encéfalo procesa e interpreta los impulsos nerviosos como sonido.

El oído externo recoge los sonidos y vibraciones, conduciéndolos a través del canal auditivo hacia el tímpano. Las ondas sonoras hacen que vibre el tímpano. Los 3 huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo) transmiten y amplifican las vibraciones hacia la ventana oval del oído interno. Las pérdidas conductivas normalmente tienen lugar en el área del oído medio Las células ciliadas envían impulsos eléctricos a través del nervio auditivo. conectado al caracol, hasta el cerebro.

LOS SONIDOS FUERTES Y LA PERDIDA DEL OIDO  La perdida de sensibilidad auditiva inducidas por ruidos es insidiosa. Las diminutas células sensoriales del oído interno se van desgastando y una vez que han desaparecidos no vuelven a regenerarse.  Los sonidos fuertes pueden causar perdida de sensibilidad auditiva, pero los picos repentinos de sonidos de alta intensidad son aun mas peligrosos.  ¿COMO Y POR QUE CUIDAR NUESTROS OIDOS?  Los seres humanos escuchamos en un rango que va de los 16 a ciclos por segundo, pero una persona de edad o un joven como tu puede disminuir el rango en que escucha a solo 4000 ciclos por segundo.  La principal causa de esta disminuciones la sensibilidad auditiva es la exposición por largo tiempo a sonidos de gran intensidad y de gran altura tonal.  Son mas perjudiciales los sonidos agudos a gran intensidad que los sonidos graves.

Ejercicio

 Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hz y produce ondas de 2 m. ¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua? Ejercicio

EJERCICIO Nº 1 ¿Con qué característica de una onda sonora está relacionada la intensidad de los sonidos que escuchamos? A) Frecuencia. B) Amplitud. C) Velocidad. D) Forma. E) Longitud de onda.

EJERCICIO Nº 19 Indique la alternativa FALSA A) Un sonido nos parece más agudo, cuanto mayor sea su frecuencia. B) Cuando un receptor está en reposo, la frecuencia de la bocina de un automóvil que pasa cerca aumenta cuando éste se aproxima. C) Cuando un receptor está en reposo, la frecuencia de la bocina de un automóvil que pasa cerca disminuye cuando éste se aleja. D) El sonido sólo se propaga en medios materiales. E) La frecuencia del sonido aumenta al pasar del aire al agua

SÍNTESIS DE LA UNIDAD SONIDO Reflexión Puede sufrir Refracción Difracción Absorción Interferencia Altura o tono Se caracteriza por Intensidad Timbre Vibración de un material Producido por Puede ser Infrasonido Sonido grave Sonido agudo Ultrasonido

¿QUÉ APRENDÍ?  A reconocer el sonido como una onda.  A establecer las características del sonido.  A aplicar los fenómenos ondulatorios al sonido.  A utilizar las propiedades del sonido para la resolución de problemas.