ONDAS Y SONIDO.

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1 ONDAS Y SONIDO

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3 Una cuerda de acero para piano de 50 cm de longitud tiene una masa de 3.05 g y se encuentra bajo una tensión de 400 N. .Cuales son las frecuencias de su modo fundamental de vibración? 𝑓= 𝑛 2𝐿 𝐹 𝜇 Una cuerda vibra con una frecuencia fundamental de 200 Hz. .Cual es la frecuencia del segundo y tercer armónico? Si la frecuencia fundamental de una onda es de 330Hz, .cual es la frecuencia de su quinta armónica?

4 La segunda armonica de una cuerda vibratoria es de 200 Hz
La segunda armonica de una cuerda vibratoria es de 200 Hz. La longitud de la cuerda es 3 m y su tensión es de 200 N. Calcule la densidad lineal de la cuerda. Una cuerda de g tiene 4.3 m de longitud y soporta una tensión de 300 N. Esta fija en ambos extremos y vibra en tres segmentos, .cual es la frecuencia de las ondas estacionarias? Resp. 560 Hz Una cuerda vibra con ondas estacionarias en cinco antinodos cuando la frecuencia es 600 Hz. .Que frecuencia hará que la cuerda vibre en solo dos antinodos? En un tubo cerrado la velocidad de la onda es de 530m/s calcule el armónico fundamental, el tercero y el cuarto armónico, si L es 30cm En un tubo abierto de 25cm calcule la velocidad si su armónico fundamental es de 700Hz, y los armónicos 2,3 y 5

5 El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga por un medio elástico.
Cuando se produce una perturbación periódica en el aire ondas sonoras longitudinales viajan por el. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. El oído, que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido.

6 ONDAS SONORAS AUDIBLES
Hemos definido el sonido como una onda mecánica longitudinal que se propaga por un medio elástico. Esta es una definición amplia que no impone restricciones a ninguna frecuencia del sonido. Los fisiólogos se interesan principalmente en las ondas sonoras que tienen la capacidad de afectar el sentido del oído. Por tanto, es conveniente dividir el espectro del sonido en tres intervalos de frecuencias: sonido audible, sonido infrasónico y sonido ultrasónico. Estos intervalos se definen como sigue Sonido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de frecuencias de 20 a Hz. Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se denominan infrasónicas. Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se llaman ultrasónicas. Cuando se estudian los sonidos audibles, los fisiólogos usan los términos fuerza, tono y calidad (timbre) para describir las sensaciones producidas. Por desgracia, estos términos representan magnitudes sensoriales y, por tanto, subjetivas. Lo que es volumen fuerte para una persona es moderado para otra. Lo que alguien percibe como calidad, otro lo considera inferior. Como siempre, los físicos deben trabajar con definiciones explicitas mensurables.

7 Efectos sensoriales Propiedad física
Fuerza (volumen) ---- Intensidad (W/m^2) Tono ----Frecuencia Timbre (calidad) ---- Forma de la onda La intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a través de la unidad de área normal a la dirección de la propagación. 𝐼= 𝑃 𝐴 La intensidad lo del sonido audible apenas perceptible es del orden de 10^-12 W/m^2. Esta intensidad, que se conoce como el umbral auditivo, ha sido adoptado por expertos en acústica como la intensidad mínima para que un sonido sea audible. El umbral auditivo representa el estándar de la intensidad mínima para que un sonido sea audible. Su valor a una frecuencia de 1000 Hz es: 𝐼 𝑜 =1𝑥1 0 −12 𝑊/ 𝑚 2 El umbral de dolor, representa el punto en el que la intensidad es intolerable para el oído humano. La sensación se vuelve dolorosa y no solo auditiva. El umbral de dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor. 𝐼 𝑝 =1𝑊/ 𝑚 2 COMPARACIÓN DE INTENSIDADES EN BELES 𝐵= log 𝐼 1 𝐼 𝛽=10 log 𝐼 1 𝐼 0

8 INTENSIDAD La intensidad de un sonido disminuye cuando el oyente se aleja de la fuente sonora. El cambio de la intensidad varia con el cuadrado de la distancia a la fuente. Por ejemplo, una persona colocada al doble de distancia de una fuente oye el sonido a la cuarta parte de la intensidad anterior y una persona alejada el triple de distancia oye el sonido a un noveno de la intensidad. 𝑰 𝟏 𝑰 𝟐 = 𝒓 𝟐 𝟐 𝒓 𝟏 𝟐

9 Dos sonidos tienen intensidades de 2. 5 X 10^~8 W/m^2 y 1. 2 W/m^2
Dos sonidos tienen intensidades de 2.5 X 10^~8 W/m^2 y 1.2 W/m^2. Calcule la diferencia en niveles de intensidad en beles. Calcule el nivel de intensidad de un sonido cuya intensidad es de 1 X 10 ^~4 W/m^2. Una fuente puntual emite sonido con una potencia media de 40 W. ¿Cual es la intensidad a una distancia r1 = 3.5 m de la fuente? ¿Cual será la intensidad a una distancia r2 de 5 m?

10 EFECTO DOPPLER El efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente. Siempre que una fuente sonora se mueve en relación con un oyente, el tono del sonido, como lo escucha el observador, puede no ser el mismo que el que se percibe cuando la fuente esta en reposo. Por ejemplo, si uno esta cerca de la vía del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren esta detenido. A medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha es más bajo que el normal. De forma similar, en las pistas de carreras el sonido de los automóviles que se acercan a la gradería es considerablemente de tono mas alto que el de los autos que se alejan. El fenómeno no se restringe al movimiento de la fuente. Si la fuente de sonido esta fija, un oyente que se mueva hacia ella advertirá un aumento similar en el tono. Un oyente que se aleja de la fuente de sonido escuchara un sonido de menor tono. El cambio en la frecuencia del sonido que resulta del movimiento relativo entre una fuente y un oyente se denomina efecto Doppler.

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12 ECUACIÓN GENERAL DE EFECTO DOPPLER
𝐹 𝑜 = 𝑓 𝑠 𝑣± 𝑣 𝑜 𝑣∓ 𝑣 𝑠 +vo, si el observador se acerca a la fuente -vo, si el observador se aleja de la fuente +vs, si la fuente se aleja del observador +vs, si la fuente se acerca al observador V = velocidad del sonido vo = velocidad del observador fo = frecuencia del observador Vs = velocidad de la fuente fs = frecuencia de la fuente

13 Un día en que la rapidez del sonido es de 340 m/s, un tren emite un sonido de 400 Hz de frecuencia, (a) .Cual es la frecuencia del sonido escuchado por un observador inmóvil cuando el tren se mueve hacia el con una velocidad de 20 m/s? (b) .Cual es la frecuencia que se escucha cuando el tren se mueve alejándose del oyente a esa velocidad? R/ 378 Hz Un automóvil se desplaza a la izquierda a 20 m/s con la bocina sonando a una frecuencia de 360 Hz. .Que frecuencia escucha una persona que va frente al auto conduciendo una bicicleta a 12 m/s y que también va a la izquierda? Suponga que la velocidad del sonido es de 340 m/s. R/ 369 Hz