La Física del Sonido

El sonido se produce cuando algo vibra. Qué produce el sonido? El sonido se produce cuando algo vibra. La vibración perturba el aire a su alrededor Esto causa cambios en la presión. Estos cambios de presión se propagan constituyendo ondas de sonido.

Ondas periódicas Sabemos que el sonido es una perturbación en un medio. Cuando dichas perturbaciones se producen a intervalos regulares y son todas de la misma forma, estamos en presencia de una onda periódica, y el número de perturbaciones por segundo se denomina frecuencia de la onda. Se expresa en Hertz (Hz)-

Las ondas sonoras son longitudinales. Tipos de ondas Las ondas sonoras son longitudinales. No todas las ondas son longitudinales: las ondas en la superficie del agua generadas al tirar una piedra son transversales

Ejemplos de ondas Longitudinales Transversales Desplazamiento Dirección de la onda desplazamiento Longitudinales Vibra en dirección paralela (longitudinal) a la dirección en la que se propaga la onda (Ej: el sonido) Transversales Vibra en dirección perpendicular ( transversal) a la dirección de la propagación de la onda. (Ej: luz, agua) Dirección de la onda desplazamiento

Características del sonido Se propaga en un medio material (aire, agua, gases) l v= lf Amplitud, frecuencia, velocidad (aire 340 m/s, agua 1200 m/s)

Las tres componentes del sonido son: Tono o altura: cuán grave o agudo es Intensidad: cuánto volumen tiene Timbre: cuál es su tonalidad

Alta frecuencia (sonido agudo) Tono Frecuencia Es el número de repeticiones (o ciclos) por unidad de tiempo. Se mide en Hertz (1 Hz es un ciclo por segundo). Variaciones de Presión Baja frecuencia (sonido grave) Alta frecuencia (sonido agudo) Tiempo Mamífero Rango de audición Humano (adulto jóven) 20 Hz- 20 KHz Humano (adulto mayor) 50 Hz- 8 KHz Gato 100 Hz- 60 KHz Perro 60 Hz- 45KHz Elefante 1Hz- 20 KHz Delfín 200Hz- 150 KHz

Frecuencias audibles Cuando la frecuencia del sonido se duplica decimos que estamos en una octava superior Podemos oir en un rango de 10 octavas. 1Hz- 20 KHz 60 Hz- 45KHz 100 Hz- 60 KHz 50 Hz- 8 KHz 50 Hz- 20 KHz 200Hz- 150 KHz

Resonancia Se llama frecuencia natural al sonido característico de un objeto cuando vibra. La frecuencia natural depende de factores tales como la elasticidad y la forma del objeto. Dos objetos diferentes, por lo general emiten sonidos distintos cuando vibran. Cuando la frecuencia de vibraciones forzadas se generan en un objeto coincide con la frecuencia del mismo, se produce un aumento notable en el volumen del sonido que emiten. Este fenómeno se denomina resonancia

Resonancia (puente de Tacoma)

Los humanos no perciben la intensidad linealmente Volumen Intensidad Esta relacionada con la amplitud Presión Tiempo Los humanos no perciben la intensidad linealmente Para percibir un sonido como dos veces más intenso su intensidad debe ser 10 veces mayor. La intensidad de sonido percibida se mide en escala logarítmica usando una unidad llamada decibel. (dB)

Decibeles Intensidad= Energía Area * unidad de tiempo Umbral de audición : 10 -12 W/m 2 Un sonido 10 veces más intenso 10 tiene 10 dB -11 W/m 2 Un sonido 100 veces más intenso 10 tiene 20 dB -10 W/m 2 Un sonido 1000 veces más intenso 10 tiene 30 dB -9 W/m 2 Un sonido 10.000.000.000.000.000 veces más intenso 10 tiene 160 dB 2 W/m

Ejemplos de intensidad Situación Intensidad (en dB) Susurro, bilbioteca 30 dB (muy silencioso) conversación normal 60 dB (intrusivo) fábrica 85 dB (molesto) equipo de música a máximo volumen, camión recolector, petardos 100 dB (muy fuerte- daño auditivo con más de 8 hs.) el cuerpo comienza a sentir vibraciones en bajas frecuencias 116dB (extremadamente fuerte) primera fila en concierto de Rock, despegue de jets (60 mts) bocina de auto (1 mt) 120- 130 dB (máximo esfuerzo vocal) Zona de lanzamiento de cohetes (sin protección auditiva) 140 dB DAÑO EXTREMO A CUALQUIER FRECUENCIA Y TIEMPO

Timbre forma de onda El timbre depende de la forma de la onda sonora. Es lo que distingue un instrumento de otro. Las ondas sonoras son periódicas pero pueden tener distintas formas. Estas formas se logran por superposición de ondas sinusoidales. A la frecuencia más baja se la llama fundamental y a las más altas armónicos.

Por qué oímos lo que oímos? Las ondas de sonido causan cambios de presión sobre nuestro conducto auditivo enviando impulsos nerviosos al cerebro

Esquema del oído Oído interno Oído medio Oído externo

Efecto Doppler http://video.google.com/videoplay?docid=-2816813289251655055 Corrimiento de la frecuencia recibida, debido al movimiento de la fuente de vibratoria hacia el receptor, o alejándose de él.

Evaluación ¿Qué clase de onda es cada una de las siguientes? a) Ola de mar rodando hacia la playa b) El sonido de una ballena llamando a otra bajo el agua c) Un impulso mandado por una cuerda tensa, al golpear uno de sus extremos d) ¿De qué depende el tono de un sonido?

d) ¿De qué depende la intensidad del sonido? e) ¿De qué depende el timbre? f) ¿Cuál es la diferencia en decibeles entre un murmullo y un grito? g) Si en la sala de clases todos los alumnos o alumnas gritan, ¿podrían llegar a causar daño? h) ¿Qué dirección tienen las vibraciones en relación con la dirección de propagación de una onda longitudinal y transversal?

i) Francisco, un trabajador en un aeropuerto, al estar cerca de un avión que despega, ¿qué nivel de sonido experimenta? j) ¿Cuál es la unidad de sonoridad? ¿Qué instrumento se utiliza? k) ¿Por qué los soldados rompen filas al pasar por un puente?