Curso: Física 1 Tema: Bloque Temático 1: Sonido Profesores: Elizabeth Osorio Irene J. Cruz Villavicencio María Sánchez Portilla Rubén Bonilla Aguilar Alberto Zúñiga Alarcón Alberto Tinoco Tapia

Las ondas: Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

Clases de ondas Mecánicas: Necesitan un medio natural para su propagación. Electromagnéticas: no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vacío).

Tipos de ondas Longitudinales: El medio se desplaza en la dirección de la propagación. El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

Tipos de ondas Tranversales: El medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de la propagación. Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

Las ondas longitudinales siempre son mecánicas Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio. Las ondas transversales pueden ser mecánicas ( ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz o las ondas de radio). Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como los terremotos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que se mueven de forma circular.

Elementos de una onda transversal Cresta Amplitud Valle Longitud de onda

Elementos de una onda transversal Valle: punto más bajo de la onda Cresta: punto más alto de la onda Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos. Amplitud: altura de la cresta o del valle.

Elementos del movimiento ondulatorio Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones por segundo. Se mide en hertzios (Hz) 1 Hz = una oscilación en un segundo Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f ) Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)

Elementos del movimiento ondulatorio Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la que se propaga. Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x período Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia λ = v / f v = λ . f λ = v . T

Onda estacionaria Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio. Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos

ONDAS SONORAS RESONANCIA SONORA Las vibraciones de un diapasón de frecuencia f situado cerca del extremo de un tubo abierto producen ondas sonoras en su interior que, al reflejarse en el interior del tubo, pueden producir la superposición de la onda incidente y la reflejada y dar lugar al establecimiento de ondas estacionarias. Cuando se genera la onda estacionaria, se produce una resonancia en el interior del tubo y nuestro oído es capaz de percibir la onda sonora. La mayoría de los instrumentos de viento emiten sonidos por un mecanismo similar al descrito.

RESONANCIA SONORA TUBO CERRADO POR UN EXTREMO ONDAS SONORAS RESONANCIA SONORA TUBO CERRADO POR UN EXTREMO n=0 primer armónico La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea: n=1 segundo armónico n=2 tercer armónico

Posibles ondas para tubo cerrado Fundamental, n = 1 1er sobretono, n = 3 2o sobretono, n = 5 3er sobretono, n = 7 Sólo se permiten los armónicos nones:

RESONANCIA SONORA TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS ONDAS SONORAS RESONANCIA SONORA TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS n=1 primer armónico La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea: n=2 segundo armónico n=3 tercer armónico

Posibles ondas para tubo abierto Fundamental, n = 1 1er sobretono, n = 2 2o sobretono, n = 3 3er sobretono, n = 4 Para tubos abiertos son posibles todos los armónicos:

Columnas de aire en vibración Tal como para una cuerda en vibración, existen longitudes de onda y frecuencias características para ondas sonoras longitudinales. Para tubos se aplican condiciones de frontera: Tubo abierto A El extremo abierto de un tubo debe se un antinodo A en desplazamiento. Tubo cerrado A N El extremo cerrado de un tubo debe ser un nodo N en desplazamiento.

Fuente del sonido: diapasón. Definición del sonido El sonido es una onda mecánica longitudinal que viaja a través de un medio elástico. Fuente del sonido: diapasón. Muchas cosas vibran en el aire, lo que produce una onda sonora.

El sonido requiere un medio para propagarse El sonido de un timbre que suena disminuye conforme el aire sale del frasco. No existe sonido sin moléculas de aire. Frasco al vacío con timbre Batterías Bomba de vacío

El Sonido El Sonido se propaga mediante ondas longitudinales En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases. La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/s En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600 m/s En la madera es de 3.900 m/s En el acero es de 5.100 m/s

Factores que determinan la rapidez del sonido Las onda mecánicas longitudinales (sonido) tienen una rapidez de onda que depende de factores de elasticidad y densidad. Considere los siguientes ejemplos: Un medio más denso tiene mayor inercia que resulta en menor rapidez de onda. Un medio que es más elástico se recupera más rápidamente y resulta en mayor rapidez. acero agua

¿QUÉ ES EL SONIDO? El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire), debido a cambios rápidos de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO . 1.- Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente sonora BATERÍA DIAPAZÓN PLATILLOS GUITARRA

Instrumentos musicales Las vibraciones en una cuerda de violín producen ondas sonoras en el aire. Las frecuencias características se basan en la longitud, masa y tensión del alambre.

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO 2. Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación, es decir la onda sonora (sonido). Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el aire (gases), y los metales (sólidos)

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO 3. Según los fisiólogos para que exista sonido es necesaria la presencia de alguien que lo reciba, es decir un receptor u observador de sonido. En la escena anterior la persona, a través del sentido auditivo, recibe el sonido emitido por la campana, dicho sonido se propagó en el aire.

CUALIDADES DEL SONIDO TONO INTENSIDAD TIMBRE

Tono El tono de un sonido depende únicamente de su frecuencia, es decir, del número de oscilaciones por segundo. El tono de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más grave o más agudo.

La frecuencia y el sonido El tono del sonido depende de la frecuencia. A frecuencias bajas corresponden sonidos graves. A frecuencias altas corresponden sonidos agudos. 27 Hz 100 Hz 200 Hz 440 Hz 1000 Hz 3000 Hz

Tono Cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse, por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo de cartulina a una sierra de disco: cuando mayor sea la velocidad de rotación del disco más agudo será el sonido producido.

Intensidad La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el volumen del radio a una música, o el volumen del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.

Timbre El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y frecuencia. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples.

TIPOS DE SONIDOS SÓNICOS INFRASÓNICOS ULTRASÓNICOS

Sonidos Sónicos: Todos aquellos sonidos que somos capaces de escuchar, se denominan sonidos sónicos Estos sonidos tienen una frecuencia comprendida en el rango de 20htz a 20000htz (veinte a veinte mil hertz). En otras palabras, son los sonidos audibles al ser humano.

2.- Infrasonidos, los cuales podemos definirlos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.

Ultrasonido 3.- Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 Khz (20000 hz). aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.

Los murciélagos en sus vuelos nocturnos se guían con los ultrasonidos para no chocar contra los objetos que se encuentran a su paso.

El Sonido El efecto Doppler El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. -Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo. Por la parte posterior quedan más separadas, longitud de onda más grande igual a sonido más grave

Evaluación del Módulo de Ondas Sonoras 1. EL SIGUIENTE DIBUJO ILUSTRA LA PROPAGACIÓN DE ESTE TIPO DE ONDA A) ELÉCTRICA B) TRANSVERSAL C) LONGITUDINAL D) SONORA ASÍ SE LLAMA A LA PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA POR MEDIO DE UNA PERTURBACIÓN EN UN MEDIO EN LUGAR DEL MEDIO EN SÍ. A) MOVIMIENTO ONDULATORIO B) TRANSMISIÓN DE ELECTRICIDAD C) TRANSMISIÓN TÉRMICA D) LONGITUD DE ONDA

3. QUÉ NOMBRE SE LE DA A LA DISTANCIA COMPRENDIDA ENTRE LAS DOS FLECHAS, EN EL DIBUJO DE ABAJO. A) FRECUENCIA B) ONDA C) OLA D) LONGITUD DE ONDA 4. ES EL NÚMERO DE ONDAS QUE PASAN POR UN PUNTO EN PARTICULAR EN UNA UNIDAD DE TIEMPO. A) FRECUENCIA B) ONDA C) OLA D) LONGITUD DE ONDA

A) B) 5. QUÉ VIAJA POR EL ESPACIO A MAYOR VELOCIDAD? A) EL SONIDO B) LA LUZ 6. ONDAS TRANSVERSALES. (indique si es A o B ) A) B)

7. TIPO DE ONDA EN DONDE LA VIBRACIÓN DE LAS PARTÍCULAS ES PERPENDICULAR A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA. A) ONDA LINEAL B) ONDA TRANSVERSAL C) LONGITUD DE ONDA D) FRECUENCIA 8. LAS ONDAS DE SONIDO QUE TIENEN FRECUENCIAS POR ARRIBA DEL INTERVALO AUDIBLE SE LLAMAN ….. A) INFRASÓNICAS B) ULTRASÓNICAS C) ONDAS AUDIBLES D) LONGITUD DE ONDA

9. SI DECIMOS QUE LA FRECUENCIA DE UNA ONDA ES: 50 Hertz, SIGNIFICA QUE …. PASAN 50 ONDAS POR UN PUNTO EN UN SEGUNDO B) PASAN 50 SEGUNDOS DESPUÉS DE PASAR UNA ONDA C) EL SONIDO SE MUEVE A 50 SEGUNDOS POR ONDA D) LAS ONDAS SE MUEVE A 50 ONDAS CADA 50 SEGUNDOS 10. EN LAS ONDAS LONGITUDINALES LA VIBRACIÓN DE LAS PARTICULAS INDIVIDUALES ES ……….. A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA A) PERPENDICULAR B) PARALELA C) ONDULATORIA D) ANTIPARALELA