SONIDO. CUALIDADES DEL SONIDO.

Sistema mecánico vibrante. Variaciones de densidad en el medio EL SONIDO Sistema mecánico vibrante. Variaciones de densidad en el medio Onda mecánica. Transporte de energía Mayor amplitud de vibración A Frecuencia de vibración característica (depende del sistema) A Menor amplitud de vibración

ONDAS DE PRESIÓN EL SONIDO / 2 Máximos de presión Mínimos de presión Figura 1 Mínimos de presión La velocidad del sonido aumenta cuando aumenta la rigidez del medio. Sólidos Velocidad del sonido Líquidos Gases

Características del sonido Las cuatro cualidades básicas del sonido son: Tono intensidad timbre duración

tono viene determinado por la frecuencia fundamental de las ondas sonoras (es lo que permite distinguir entre sonidos graves, agudos o medios) medida en ciclos por segundo o hercios (Hz).

Intensidad: Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil.

Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell

INTENSIDAD DE LAS ONDAS: APLICACIÓN AL SONIDO Para una fuente que emite ondas en todas direcciones, la energía se distribuye uniformemente en una superficie esférica A, de radio r. La intensidad de una onda, I, es la potencia por unidad de área, o energía por unidad de tiempo y unidad de área, que incide perpendicularmente a la dirección de propagación Frentes de onda Rayos Fuente Como la energía por unidad de volumen es

Nivel de potencia sonora: Emisión de sonido por una fuente NIVELES Un NIVEL es el logaritmo de la razón de una cantidad dada respecto de una cantidad de referencia del mismo tipo. Al definir un nivel es preciso indicar la base del logaritmo, la cantidad de referencia y el tipo de nivel (por ejemplo, nivel de presión sonora, nivel de potencia sonora o nivel de intensidad) Nivel de potencia sonora: Emisión de sonido por una fuente Potencia de referencia: W0 = 10-12 W Nivel de intensidad sonora: Recepción del sonido de una fuente Intensidad de referencia: I0 = 10-12 w/m2 Umbral de audición: 10-12 w/m2 (0 dB) Umbral de dolor: 1 w/m2 (120 dB)

NIVELES: EJEMPLO a) Si se dobla la intensidad de un sonido, ¿qué variación sufre el nivel de intensidad? b) Si se multiplica por 10 la intensidad de un sonido, ¿qué variación sufre el nivel de intensidad? Se dobla la intensidad Se multiplica por 10 la intensidad

Cálculo de decibeles I0 es 10-16 w/cm2 que corresponde al sonido más debil que se puede oir.

Ejemplo: un sonido de 10-4 w/cm2 produce :120 db

Nivel de intensidad ( w/ cm 2) El oído oye intensidades sonoras de 10-16 w/cm2 a 10-4 w/cm2. Por eso se prefiere utilizar escala logarítmica en base 10.

Fuente decibeles Umbral de la sensación sonora Conversación en voz baja 20 Pequeño motor 40 Conversación normal 60 Calle de mucho tráfico 80 Taladro de la sensación dolorosa 100 Umbral de la sensación dolorosa 120

timbre es la cualidad que confiere al sonido los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental. Esta cualidad es la que permite distinguir dos sonidos, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos

Si se escucha la misma nota dada por un violín y un piano Si se escucha la misma nota dada por un violín y un piano. Se sabrá a que instrumento pertenece cada nota. Esto es sonidos se difieren por sus timbres

Duración. es la cualidad que determina el tiempo de vibración de un objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

EFECTO DOPPLER Consiste en que la frecuencia de la onda emitida por una fuente tiene diferente valor para un receptor que esté en movimiento relativo respecto a la fuente. Es decir, si fuente de la onda y receptor se mueven uno respecto de otro, la frecuencia que medirá el receptor no es la misma que la originada en la fuente. Si el movimiento relativo es de acercamiento, la frecuencia que mide el receptor es mayor; si se alejan la frecuencia es menor. Las sucesivas ondas alcanzan al receptor en intervalos de tiempo menores que el intervalo con el que son emitidas por la fuente, luego la frecuencia que percibe el receptor es mayor que la frecuencia de emisión. Sucesivas ondas emitidas en intervalos de tiempo iguales Fuente alejándose del receptor Fuente y receptor en reposo Fuente moviéndose hacia el receptor

EFECTO DOPPLER (2) Subíndice r (receptor) v  velocidad de la onda fs  frecuencia de la fuente Alejamiento: signo + Acercamiento: signo  fr  frecuencia que mide el receptor vs  velocidad de la fuente Ejemplo. Un tren pasa por una estación a una velocidad de 90 km por hora. La frecuencia del silbato del tren es 1320 Hz. ¿Qué frecuencia percibirá una persona en el andén de la estación cuando el tren se acerca y cuando el tren se aleja? Suponemos que la velocidad del sonido es de 340 m/s. Subíndice s (fuente) Acercándose Alejándose

EFECTO DOPPLER (3) El desplazamiento al rojo Galaxia de Pegaso Galaxia de Andrómeda

Ondas Estacionarias Son el resultado de tener dos ondas que viajan en direcciones opuestas. Hay puntos que no tendrán ningún movimiento (nodos). La amplitud del MAS en un punto no es constante, depende de la posición del punto. Ocurrirán en una cuerda o en un tubo de aire ya que habrá ondas reflejadas en los extremos así que habrá ondas viajando en ambas direcciones.

Ondas Estacionarias Matemáticamente Habrá nodos (puntos de amplitud cero) y antinodos (amplitud máxima). Nodos: Antinodos:

Ondas Estacionarias

Ondas Estacionarias en una cuerda. Se dan en una cuerda con los extremos fijos porque hay ondas reflejadas en los extremos. Los extremos de la cuerda tienen que ser nodos. Las ondas que se pueden formar sólo pueden tener ciertas λs (ciertas frecuencias) particulares de tal manera que los extremos sean nodos. Ecuación de la f del sonido producido por una cuerda. f1 = v/2L v = λ.f f2 = v/L f = v/λ f3 = 3v/2L f4 = 2v/L L = λ/2 En general: λ = 2L fn = n.v/2L

fn = n.v/2L fn = n/2L√T/μ Ondas Estacionarias Matemáticamente Haremos un dibujo y contaremos el número de ondas que hay en la cuerda!!!!! Esto nos dará uno relación entre λ y L. Escribiremos la relación entre λ y L. Despejaremos por λ . La frecuencia se encuentra con f = v / λ . Ecuaciones en una cuerda v = λ.f L = λ/2 fn = n.v/2L fn = n/2L√T/μ

Matemáticamente en tubos abiertos y cerrados. Ondas Estacionarias Matemáticamente en tubos abiertos y cerrados. Haremos algo similar para el caso de un tubo de aire excepto que un extremo abierto es un antinodo. Un extremo cerrado es un nodo. fn = n.v/2L Ecuación tubo abierto fn = n.v/4L fn = n.v/2L Ecuación tubo cerrado fn = n.v/4L Para n impar

Notas musicales. Si se escoge una frecuencia f, también se utiliza la nota de frecuencia 2f llamada octava. En el interior de una octava la sucesión de notas se denomina escala y tienen los nombres: do re mi fa sol la si

Ideas fundamentales sobre tubos y cuerdas. Fuente sonora: cuerpo capaz de producir ondas elásticas en el medio que lo rodea Cuerdas: la frecuencia de vibración de una cuerda sonora es Directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión e Inversamente proporcional a su longitud y a la raíz cuadrada de la masa por unidad de longitud. f = n/2L √ T/μ Tubos sonoros: pueden ser abiertos o cerrados, la frecuencia está determinada por: f = nv/2L para el tubo abierto. Para n par o impar f = nv/4L para n impar en el tubo cerrado.

Problemas sobre tubos y cuerdas. Si la frecuencia fundamental de los siguientes sistemas es 128 Hz, calcula la frecuencia de los tres primeros armónicos si se trata de: Una cuerda Un tubo abierto Un tubo cerrado. 2. La velocidad de propagación de las ondas en una cuerda vibrante es de 75 m/s. ¿Cuál es la longitud de la cuerda si su frecuencia fundamental es de 125 Hz?

Debido a Diferencia de Longitud de Paso Interferencia Debido a Diferencia de Longitud de Paso Si salen en fase de las fuentes, la diferencia en fase cuando llegan a P viene del hecho de que las ondas han viajado diferentes distancias. Hay una relación muy sencilla y muy fácil de recordar entre la diferencia en fase  y la diferencia entre las longitudes de paso (L). _  2 L λ = Aparte de esta ecuación debo recordar que una diferencia de fase de π corresponde a media longitud de onda y a interferencia destructiva. Cero diferencia de fase o cualquier multiplo de 2π corresponde a interferencia constructiva. En general, la amplitud es proporcional a cos (Φ/2).

Debido a Diferencia de Longitud de Paso Interferencia Debido a Diferencia de Longitud de Paso Ejemplo Clasico Un sistema Estereo