DPTO. DE EL SONIDO

1 INSTITUTO NACIONAL

DPTO. DE FISICA

EL SONIDO NOMBRE:_______________________________________________ CURSO:____________

Si un árbol se cayera en un tupido bosque, a cientos de kilómetros de cualquier ser viviente, ¿habría algún sonido? A esta pregunta las personas contestan de distintas ** maneras. "No" dirán algunos, "el sonido es subjetivo y requiere de alguien que escuche, y si no lo hay no habrá sonido". Otros dirán "sí, un sonido no es una idea de las personas. Un sonido es una cosa objetiva". Con frecuencia, discusiones como ésta no alcanzan a tener un consenso, porque los participantes no pueden darse cuenta que discuten no sobre la naturaleza del sonido, sino sobre la definición de la palabra. Todos tienen razón, dependiendo de qué definición se adopte, pero sólo se puede investigar cuando se ha convenido en una definición. El físico suele tomar la posición objetiva, y define al sonido como una forma de energía que existe, sea o no escuchado, y de ahí parte para investigar su naturaleza. Origen del sonido

La mayor parte de los sonidos son ondas producidas por las vibraciones de objetos materiales. En un piano, un violín o una guitarra, el sonido se produce por las cuerdas en vibración; en un saxofón, por una lengüeta vibratoria; en una flauta, por una columna vacilante de aire en la embocadura. Tu voz se debe a las vibraciones de las cuerdas vocales.

El sonido es una onda mecánica longitudinal, porque las partículas del medio vibran en la dirección de propagación de las ondas. La frecuencia de las ondas sonoras está comprendida en el intervalo de 20 a 20 000 vibraciones por segundo. Las ondas de frecuencia inferior a 20 vib/s y superior a 20 000 vib/s se llaman infra sónicas y ultrasónicas respectivamente, y no son captadas por el oído humano. Las ondas sonoras se producen al vibrar la materia. Por ejemplo, al golpear una campana, al pulsar una cuerda de guitarra, al hacer vibrar cuerdas vocales humanas, etc. Para transmitirse el sonido necesita un medio elástico ya sea sólido, líquido o gaseoso. En el vacío las ondas sonoras no se propagan por ser ondas mecánicas. NATURALEZA DEL SONIDO

Cuando los cuerpos vibran comprimen el aire de la vecindad, produciendo una serie de pulsos de compresión y de rarefacción que una onda, la cual se transmite a través del aire alejándose de la fuente y penetrando al oído.

Tom Rossing, autor de varios libros sobre el sonido, demuestra la resonancia.


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Al vibrar los objetos materiales, originan ondas que cuando llegan a nuestro oído producen : sensaciones sonoras o auditivas.

LA VELOCIDAD DEL SONIDO

• Cuando observamos de lejos que una persona golpea un objeto y escuchamos el sonido que produce, podemos comprobar que el sonido emitido gasta cierto tiempo para llegar hasta nosotros. La velocidad con que viaja el sonido depende de la elasticidad del medio y de su densidad (inercia) tal como sucede con las ondas.

• La tabla muestra los resultados obtenidos en investigaciones hechas acerca de la velocidad de sonido en diversos medios.

Velocidad del sonido en diferentes medios

Medio Temperatura [ºc]

Velocidad m/s

Aire 0 331.7

Aire 15 340

Oxígeno 0 317

Agua 15 1450

Acero 20 5 130

Caucho 0 54

Aluminio 0 5 100


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Rapidez del sonido en ele aire

• Experimentalmente se ha observado que la velocidad de propagación del sonido en el aire varía 0.6 m/s por cada grado Celsius de temperatura; por lo tanto se puede calcular la velocidad (v) del sonido en el aire en función de la temperatura (T) utilizando la expresión:

CALCULA

1. Una onda recorre en el agua 1 km en 0,69 s

¿Cuál es la rapidez del sonido en el agua?

Solución:

1Km= 1000 m y que el tiempo es t= 0,69 s

luego v= d/t = 1449,27 [m/s]

La rapidez del sonido en el agua es aproximadamente 1 450 [m/s]

2. Calcular la longitud de onda de un sonido cuya frecuencia es de 180 Hz si se propaga en el aire a una temperatura de 30ºC

Solución:

Como ya sabes la manera de obtener la rapidez del sonido es:

y reemplazando los valores

entregados te será fácil obtener:

v= 349[m/s] ,pero:

λ= v/f → λ= 1,93[m/s]

Resuelve tu ahora este ejercicio:

3. Calcula la rapidez del sonido en el hidrógeno a 293ºK y a una atmosfera de

presión (ρ(H)= 0,09 [kg/m2]

obs. Debes calcular la masa molecular de H y luego la rapidez de propagación

EL OÍDO HUMANO Los sonidos que el oído puede percibir, dependen de la variación de presión que el aire experimenta al transmitirlos. Es así como la máxima variación de presión que nuestro oído puede tolerar es de 28 N/m2. El cuerpo Humano ,igual que el de otras especies animales cuentan con sensores que permiten escanear el entorno ,así puede desempeñarse de manera óptima. Uno de estos sensores es capaz de detectar ondas que se propagan por el entorno siempre y cuando estas estén dentro del rango detectable o audible que es de 20 hasta 20.000 hz. Este sensor nosotros los humanos le hemos llamado oído.


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Las vibraciones del aire mueven el tímpano, estas vibraciones se transmiten por la cadena de huesecillos hacia la perilinfa de la rampa vestibular. La cadena de huesecillos es necesaria por el siguiente motivo: El líquido tiene más inercia que el aire, por lo que las vibraciones de las moléculas del aire no tienen suficiente fuerza para mover las moléculas de la perilinfa. La cadena de huesecillos recoge la fuerza de las vibraciones en el tímpano y la transmite a la ventana oval, Como el tímpano tiene un área mucho mayor que la membrana oval, toda la presión recogida en el tímpano se concentra en un área menor y esto multiplica la fuerza, que de esta manera sí puede mover las moléculas del líquido. Así, las vibraciones del aire se transmiten a la perilinfa.

Cada vez que la cadena de huesecillos se mueve, el estribo presiona en la membrana oval, y entonces aumenta la presión en la perilinfa de la escala vestibular. Este aumento de presión desplaza la membrana basilar de la cóclea hacia abajo. De esta manera, las ondas de sonido producen oscilaciones de la membrana basilar hacia arriba y hacia abajo, y esta oscilación se propaga a lo largo del caracol. Esta onda en la membrana basilar es parecida a la que se produce en una cuerda si cogemos un extremo y lo sacudimos hacia arriba y hacia abajo. Si la frecuencia del sonido es alta (sonidos agudos) esta onda es más marcada en la base (cerca de la ventana


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oval) y se amortigua al avanzar por el caracol hacia el ápice, en cambio si la frecuencia es baja (sonidos graves) esta onda se va haciendo más marcada al avanzar por el caracol. El motivo es que la cerca de la base del caracol la membrana basilar es estrecha y vibra más fácilmente a frecuencias altas, igual que en un piano las cuerdas más cortas vibran a frecuencias más altas. Así, cada frecuencia del sonido hace oscilar la membrana basilar de forma máxima en un punto del caracol, las frecuencias agudas cerca de la base y las graves cerca del ápice.

Cualidades del sonido

1. Tono o altura.: Es la característica en que un a persona distingue entre graves y agudos: además el tono está relacionado con la frecuencia del sonido, cuanto mayor sea la frecuencia ,más agudo es el sonido, si la frecuencia es baja el sonido es grave

Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono. La duración de las vibraciones de instrumentos de un mismo tipo es proporcional a sus dimensiones lineales La medida de un sonido se encuentra fácilmente por comparación con otro parecido del cual se pueda determinar la frecuencia de una forma simple. Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes un de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa. Tono/Frecuencia Aunque entre los dos términos exista una muy estrecha relación, no se refieren al mismo fenómeno. El tono es una magnitud subjetiva y se refiere a la altura o gravedad de un sonido. Sin embargo, la frecuencia es una magnitud objetiva y mensurable referida a formas de onda periódicas. El tono de un sonido aumenta con la frecuencia, pero no en la misma medida. Con la frecuencia lo que medimos es el número de vibraciones. Su unidad de medida es el herz (Hz). Para expresar una frecuencia lo hacemos refiriéndonos a vibraciones por segundo.


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Así una frecuencia de 1 Hertz es lo mismo que decir que el sonido tiene una vibración por segundo (por cierto, un sonido de esta frecuencia sería imposible de percibir por el oído humano). Muchas veces en aparatos relacionados con el sonido suele aparecer una gráfica que expresa su respuesta a determinadas frecuencias. Si en esta gráfica vemos una línea recta significará que todas las frecuencias son manipuladas del mismo modo. Si la curva cae en determinadas frecuencias nos estará comunicando que determinadas frecuencias las manipula más débilmente.

2. TIMBRE DEL SONIDO Los sonidos que se producen en la naturaleza no están formados por una onda simple, sino por mezclas de varias ondas. Normalmente existe una onda mayor y de frecuencia más baja (fundamental) a la que se superponen ondas más pequeñas y de mayor frecuencia (armónicos). Los armónicos determinan el timbre, que es la característica que distingue dos sonidos con el mismo tono. Por ejemplo el sonido de una flauta es distinto que el de una trompeta, aunque estén tocando la misma nota, porque tienen distintos armónicos (en la flauta, los armónicos son pequeños en comparación con la fundamental mientras que en la trompeta los armónicos son mucho más marcados, por eso la flauta tiene un sonido suave, mientras que la trompeta tiene un sonido estridente).

3. INTENSIDAD DEL SONIDO La intensidad depende de la amplitud de la onda, es decir, del aumento de la presión en cada

onda. Cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la intensidad del sonido que se percibe subjetivamente. También se relaciona con la energía transportada por la inda y la unidad de área de sección transversal


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En física la intensidad de una onda tiene que ver con la energía que libera además de su amplitud. Una forma de medir la intensidad es midiendo la amplitud de la onda, pero algebraicamente se mide mediante la expresión siguiente :

Como

La unidad S.I. de medida de la intensidad de una onda es

Otro concepto que se maneja en sonido es la Intensidad auditiva, el cual es mas recurrente escuchar en los medios de prensa.

INTENSIDAD AUDITIVA DEL SONIDO

La intensidad auditiva puede determinarse basándose en la ley Psico‐fisica de Weber‐Fechner, según la cual la sensación es una función lineal del logaritmo del estímulo auditivo. Por ejemplo ,nuestro oído percibe un sonido dos veces mas fuerte que otro de la misma frecuencia ,cuando su intensidad física es 10 veces mayor que la de otro; percibe un sonido tres veces mas fuerte si su intensidad es 100 veces, etc. La ley de Weber‐Fechner establece una relación cuantitativa entre la magnitud de un estimulo físico y como este es percibido. Fue propuesta en primer lugar por Ernst Heinrich Weber (1795‐1878), y elaborada hasta su forma actual por Gustav Theodor Fechner (1801‐1887). Ernst Heinrich Weber estableció su ley de la sensación (o Ley de Weber) en la que formulaba la relación matemática que existía entre la intensidad de un estímulo y la sensación producida por éste. Estos y otros descubrimientos llevaron a la convicción de que era posible explicar mediante principios físico‐químicos todos los actos humanos.

Gustav Theodor Fechner(1801‐1887) fue un músico y matemático; en 1860 creó la ecuación que cuenta exactamente la relación entre el estilo físico y la sensación (relación entre alma y materia ). Pensó que cada materia era dotada de un espíritu para los cual él encontró una relación con la que tuvo éxito para poner en la relación el mundo del espíritu con aquél de la materia. La fórmula correspondiente, dijo que viene el fórmula Fechner (o Weber) expresado a las palabras que dicen del "porque la intensidad de una sensación crece en progresión aritmética, el estímulo debe crecer en la progresión geométrica". En fórmula

• S = c log R:

(Wilhelm Eduard Weber (1804‐1891) (hizo estudios sobre acústica y movimiento ondulatorio) Su nombre aparece unido a la Ley de Weber acerca de los estímulos, ley que él mismo formuló.


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• donde está el valor S de la sensación, R es uno de los estímulos , y c una constante que varía de estímulo a estímulo. Por lo tanto la sensación S crece con el logaritmo de la intensidad del estímulo.

Unidades de medida de intensidad auditiva

De acuerdo con lo anterior, la intensidad auditiva (B) que produce un sonido determinado será proporcional al logaritmo decimal de la relación entre la intensidad física (I) del sonido que se quiere medir y la intensidad (I0) del sonido mínimo audible para el hombre, o sea:

B = log [I /I0 ] donde

I0= 10 ‐12 W/m2 o I0= 1O

‐16 [W/cm2]

{ 1W= 1 watt}

La cantidad B se denomina nivel de intensidad del sonido.

El nivel de intensidad de un sonido se mide en beles (b) o en decibeles (db); por lo tanto:

Luego B=log I/I0b B=10 log [I/I0 db]

REFLEXIÓN DEL SONIDO A la reflexión del sonido se le llama eco. La fracción de la energía que porta la onda sonora

reflejada es grande si la superficie es rígida y lisa, y es menor si la superficie es suave e irregular. La energía acústica que no porte la onda sonora reflejada la contiene la onda "transmitida", es decir, absorbida por la superficie.

El sonido se refleja en una superficie lisa en la misma forma en que lo hace la luz: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión . A veces, cuando el sonido se refleja en las paredes, el techo y el piso de un recinto, las superficies reflectoras vuelven a reflejarlo, es decir, se refleja varias veces. A esas reflexiones múltiples se les llama reverberación. Por otra parte, si las superficies reflectoras son muy absorbentes, la intensidad (o "el nivel") del sonido sería bajo, y el recinto suena gris y sin vida. La reflexión del sonido en un recinto lo hace vivo y lleno, como habrás notado probablemente al cantar en la regadera. En el diseño de un auditorio o de una sala de conciertos se debe encontrar un equilibrio entre la reverberación y la absorción. Al estudio de las propiedades del sonido se le llama acústica.


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Figura1 El ángulo del sonido incidente es igual al ángulo del sonido reflejado.

Con frecuencia conviene poner superficies muy reflectoras

detrás del escenario, que dirijan el sonido hacia la audiencia. Se cuelgan superficies reflectoras arriba del escenario, en algunas salas de concierto. Las de la ópera de San Francisco son superficies grandes y brillantes de plástico, que también reflejan la luz (Figura1 ). Un espectador puede mirar esos reflectores y ver las imágenes reflejadas de los miembros de la orquesta. Los reflectores de plástico tienen curvatura, lo que aumenta el campo de visión. Tanto el sonido como la luz obedecen la misma ley de reflexión, por lo que si se orienta un reflector para poder ver determinado instrumento musical, ten la seguridad que lo podrás escuchar también. El sonido del instrumento seguirá la visual hacia el reflector y después hacia ti.

REFRACCIÓN DEL SONIDO Las ondas sonoras se desvían cuando algunas partes de sus frentes viajan a distintas rapi‐

deces.3 Esto sucede en vientos erráticos o cuando el sonido se propaga a través de aire a distintas temperaturas. A esta desviación del sonido se le llama refracción. En un día cálido, el aire cercano al suelo podrá estar bastante más caliente que el resto, y entonces aumenta la rapidez del sonido cerca del suelo. Las ondas sonoras, por consiguiente, tienden a apartarse del suelo y hacen que el sonido no parezca propagarse bien. Las distintas rapideces del sonido producen la refracción.

Escuchamos el trueno cuando el rayo está más o menos cercano, pero con frecuencia no lo escuchamos, cuando el rayo está muy lejos, debido a la refracción. El sonido se propaga con más lentitud a mayor altitud, y se desvía apartándose del suelo. Con frecuencia sucede lo contrario en un día frío, o por la noche, cuando la capa de aire cercana al suelo está más fría que el aire sobre ella. Entonces, la rapidez del sonido cerca del suelo se reduce. La mayor rapidez de los frentes de onda causa una flexión del sonido hacia el suelo, y hacen que el sonido se pueda escuchar a distancias bastante mayores (Figura SIGUIENTE 2).

FIGURA 2 Las ondas sonoras se desvían en el aire, cuando tiene distintas temperaturas.


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También hay refracción del sonido bajo el agua, porque su rapidez varía con la temperatura. Esto causa un problema para los barcos que hacen rebotar ondas ultrasónicas en el fondo del mar, para cartografiarlo. La refracción es una bendición para los submarinos que quieren escapar de la detección. Debido a los gradientes térmicos y los estratos de agua a distintas temperaturas, la refracción del sonido deja huecos o "puntos ciegos" en el agua. Es ahí donde se ocultan los submarinos. Si no fuera por la refracción, serían más fáciles de detectar.

Las reflexiones y refracciones múltiples de las ondas ultrasónicas se usan en una técnica innocua para "ver" el interior del organismo sin usar los rayos X. Cuando el sonido de alta frecuencia (el ultrasonido) entra al organismo, es reflejado con más intensidad en el exterior de los órganos que en su interior, y se obtiene una imagen del contorno de los órganos. Cuando el ultrasonido incide sobre un objeto en movimiento, el sonido reflejado tiene una frecuencia un poco distinta. Al usar este efecto Doppler, el médico puede "ver" el corazón de un feto latiendo, ya desde las 11 semanas de gestación (Figura3 ). La técnica del eco ultrasónico podrá ser relativamente novedosa para los humanos, pero no para los murciélagos ni los delfines. Se sabe bien que los murciélagos emiten chi‐llidos ultrasónicos y ubican los objetos por sus ecos. Los delfines hacen eso y más. Las ondas ultrasónicas que emite un delfín le permiten "ver" a través de los cuerpos de otros animales y de las personas. La piel, los músculos y la grasa son casi transparentes para los delfines, por lo que sólo "ven" un delgado contorno del cuerpo, pero ve muy bien los huesos, los dientes y las cavidades llenas de gas. Un delfín puede "ver" evidencias físicas de cánceres, tumores, ataques cardiacos y hasta el estado emocional, cosa que los humanos sólo han podido hacer en fecha reciente con el ultrasonido.

Energía en las ondas sonoras

El movimiento ondulatorio de cualquier clase posee energía en diversos grados. Por ejemplo, las ondas electromagnéticas que provienen del Sol nos traen enormes cantidades de la energía necesaria para la vida en la Tierra. En comparación, la energía en el sonido es extremadamente pequeña. Se debe a que para producir e! sonido sólo se requiere una cantidad pequeña de energía. Por ejemplo, cuando 10.000,000 de personas hablan al mismo tiempo sólo producirían la energía acústica necesaria para encender una linterna sorda común. La audición es posible sólo porque los oídos tienen una sensibilidad realmente notable. Sólo el micrófono más sensible puede delectar los sonidos menos ¡mensos que los que podemos oír.

La energía acústica se disipa en energía térmica mientras el sonido se propaga en el aire. Para las ondas de mayor frecuencia, la energía acústica se transforma con más rapidez en energía interna que para las ondas de bajas frecuencias. En consecuencia, el sonido de bajas frecuencias llega más lejos por el aire que el de altas frecuencias. Es la causa de que las sirenas de niebla de los barcos tienen baja frecuencia.

FIGURA Un delfín emite sonido de ultra alca frecuencia, para ubicar e identificar los objetos en su ambiente. Capta la distancia por el retraso desde que manda el sonido hasta que recibe el eco. y detecta la dirección por las diferencias de tiempo en que el eco llega hasta las orejas. La dieta principal del delfín son los peces, y como en éstos la audición se limita a frecuencias bastante bajas, no se percatan cuándo los van a atrapar.


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vibraciones forzadas Si golpeamos un diapasón no instalado, el sonido que se produce podrá ser bástame débil. Si

sujetamos el mismo diapasón contra una mesa, después de golpearlo, el sonido será más intenso. Esto se debe a que se obliga a vibrar a la mesa, y con su mayor superficie pone en movimiento a más aire. La mesa es forzada a vibrar por un diapasón a cualquier frecuencia. Es un caso de vibración forzada.

El mecanismo de una caja de música se monta en una caja de resonancia. Sin la caja de resonancia, ese sonido apenas es perceptible. Las cajas de resonancia son importantes en todos los instrumentos musicales de cuerda.

Frecuencia natural Cuando alguien deja caer una llave sobre un piso de concreto, no es probable que confundamos ese ruido con el de una pelota de béisbol que golpea contra el suelo. Esto se debe a que los dos objetos vibran en forma distinta cuando se golpean. Golpea una llave y las vibraciones que se provocan son distintas de las de un bol de béisbol, o de las de cualquier otra cosa. Todo objeto hecho de un material elástico vibra cuando es perturbado con sus frecuencias especiales propias, que en conjunto producen su sonido especial. Se habla entonces de la frecuencia natural de un objeto, que depende de factores como la elasticidad y la forma del objeto. Naturalmente, las campanas y los diapasones vibran con sus frecuencias características propias. Y es interesante que la mayor parte de las cosas, desde los planetas hasta los átomos, y casi iodo lo que hay entre ellos tienen una elasticidad tal que vibran a una o más frecuencias naturales.

RESONANCIA Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas en un objeto coinciden con la frecuencia natural del mismo, se provoca un aumento dramático de la amplitud. A este fenómeno se le llama resonancia. En forma literal, resonancia quiere decir "volver a sonar". La masilla no resuena, porque no es elástica, y un pañuelo que se deja caer es demasiado flácido. Para que algo resuene necesita que una fuerza lo regrese a su posición inicial, y que la energía sea suficiente para mantenerlo vibrando

Una experiencia frecuente que ilustra la resonancia es un columpio. Cuando aumentan las oscilaciones, se empuja al ritmo de la frecuencia natural del columpio. Más importante que la fuerza con que se impulse, es su sincronización. Hasta con impulsos pequeños, si se hacen con el ritmo de la frecuencia de! movimiento oscilatorio, producen grandes amplitudes. Una demostración muy común en los salones de clase es con un par de diapasones, ajustados a la misma frecuencia y a una distancia de un metro entre sí. Cuando se golpea uno de ellos, pone al otro a vibrar. Es una versión en pequeña escala de cuando columpiamos a un amigo: la sincronización es lo más importante. Cuando una serie de ondas sonoras chocan con el diapasón, cada compresión da un impulso diminuto al brazo del mismo. Como la frecuencia de esos impulsos es igual a la frecuencia natural del diapasón, los impulsos harán aumentar sucesivamente la amplitud de la vibración. Esto se debe a que los impulsos se dan en el momento adecuado. El movimiento del segundo diapasón se llama con frecuencia vibración simpática o vibración por resonancia.

Si los diapasones no se ajustan a frecuencias iguales, la sincronización de los impulsos se pierde y no habrá resonancia. Cuando sintonizas tu radio ajustas, en forma parecida, la frecuencia natural de los circuitos electrónicos del aparato, para que sean iguales a alguna de las señales que llegan de las estaciones. Entonces el radio resuena con una estación cada vez, en lugar de tocar todas las estaciones al mismo tiempo.

La resonancia no se restringe al movimiento ondulatorio. Se presenta siempre que se aplican impulsos sucesivos a un objeto en vibración, con su frecuencia natural. En 1831, una tropa de caballería cruzaba un puente cerca de Mánchester. Inglaterra y, por accidente hicieron que se derrumbara el puente al marchar al ritmo de la frecuencia natural de el


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INTERFERENCIA Las ondas sonoras, como cualquier otra onda, pueden presentar interferencia. Recuerda que en el último capítulo describimos la interferencia entre ondas. En la figura 20.14 se muestra una comparación de la interferencia en ondas transversales y en ondas longitudinales. En ambos casos, cuando las crestas de una onda se traslapan con las crestas de otra, se produce un aumento de amplitud. O bien, cuando la cresta de una onda se encima con el valle de otra, se produce menor amplitud. En el caso del sonido, la cresta de una onda corresponde a una compresión, y el valle a un enrarecimiento. La interferencia se produce en todas las ondas, sean transversales o longitudinales. En la figura de abajo vemos un caso interesante de interferencia acústica. Si estás a distancias iguales a dos altoparlantes que emiten tonos idénticos de frecuencia tija, el sonido es mayor porque se suman los efectos de los dos altoparlantes. Las compresiones y los enrarecimientos de los (unos llegan al mismo tiempo, o en fase. Sin embargo, si te mueves hacia un lado, para que las trayectorias de los altoparlantes hasta ti difieren media longitud de onda, entonces los enrarecimientos de un altoparlante se llenarán con las compresiones del otro. Eso es la interferencia destructiva. Es como si la cresta de una ola en el agua llenara exactamente el valle de otra. Si el recinto con los altoparlantes no tiene superficies reflectoras ¡escucharás poco o nada de sonido!

En 1940, cuatro meses después de terminarse, el puente Tacoma Narrows, en el estado de Washington, Estados Unidos, fue destruido por resonancia generada por el viento. Un ventarrón moderado produjo una fuerza irregular, en resonancia con la frecuencia natural del puente, aumentando continuamente la amplitud de la vibración hasta que el puente se vino abajo.

figura


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ABSORCION DEL SONIDO Cuando una onda sonora se propaga por el aire nos encontramos que esta viaja una distancia limitada, esto significa que el medio absorbe parte de la energía que transportaba la onda. La absorción de la onda sonora depende de la plasticidad del medio por donde se propaga, siendo mayor para las frecuencias altas que para las frecuencias bajas, si en alguna ocasión has gritado en una sala vacía el sonido se ha reflejado múltiples veces generando una reverberación, dando la sensación de soledad en el interior de la sala, en cambio si la sala está con personas, mobiliario, cortinajes y alfombrada encontraremos que no se genera reverberación, es decir, el sonido ha sido absorbido en gran parte. Eí sonido se absorbe mas en los materiales blandos y porosos que en los materiales es perfectamente lisos, son buenos absorbentes del sonido las telas, las alfombras, la espuma, la pluma vit y el cartón corrugado. Por ejemplo un sonido de 550 Hz que es emitido en una sala de baldosas con alfombras absorbe 15 veces mas que cuando esta sin alfombras. La propiedad de reflejar o absorber el sonido resulta ser muy importante al momento de decidir cual es el mejor material para revestir una pared. En paredes construidas con madera es recomendable en el interior de ellas ubicar material absorbente para evitar que se escuche los sonidos de la habitación contigua, también en las salas de conciertos y estudios musicales la reflexión del sonido juega un papel importante en la claridad de la audición. LA DIFRACCIÓN DEL SONIDO Consideremos una onda sonora la cual se propaga en una dirección determinada, si el sonido encuentra un obstáculo en su camino es posible que él rodee el obstáculo, es decir, parte de la onda sonora se curva, por ejemplo en la siguiente figura se muestra un sonido el cual rodea un muro.

EFECTO DOPPLER

Al efecto Doppler se le puso este nombre en honor a, Christian Doppler, que fue quien dió origen a la idea en 1842. El pensaba que las ondas de sonido podrían acercarse entre sí, si la fuente del sonido se movía en dirección al receptor. Así mismo, pesó que las ondas se alejarían, si la fuente del sonido se alejaba del receptor. Un tren es un ejemplo típico de esto. Cuando un tren está en movimiento, sopla su silbato. A medida que pasa, puede escucharse un cambio de tonalidad en el silbato. Esto sucede igualmente con las sirenas de los autos de policía y con los autos de carrera.

Piensa en las ondas de sonido como pulsaciones que se emiten a intervalos regulares. Imagina que cada vez que caminas, emites una pulsación. Cada pulsación frente a tí representa un paso más que te acerca, mientras que, si estuvieses parado sin moverte, cada pulsación detrás tuyo, representaría un paso que te aleja. En otra palabras, la frecuencia de las pulsaciones frente a tí es mayor de lo normal y, la frecuencia de las pulsaciones detrás tuyo, es menor de lo normal.

Difracción de una onda sonora por encima de un muro.

Trate de recordar el sonido de una sirena cuando se mueve en su dirección y luego pasa. Los sonidos cambian. Este cambio se explica a través del Efecto Doppler. Las ondas de sonido que se mueven hacia usted son ondas comprimidas, mientras que las ondas que pasan, están extendidas. Esto sucede con muchos tipos de ondas.


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EL

EFECTO DOPPLER EN LA LUZ El efecto Doppler no sólo se aplica a los sonidos. Funciona con todo tipo de ondas. Esto

incluye la luz. Edwin Hubble usó el efecto Doppler para determinar que el universo se está expandiendo. Hubble halló que la luz de galaxias distantes se corría hacia frecuencia más elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto se le conoce como, el corrimiento hacia el rojo de Doppler, o como, desplazamiento hacia el rojo. Si las galaxias se estuviesen acercando a nosotros, la luz hubiese estado desplazada hacia el azul.


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EJERCICIOS

1) Caracterice el sonido indicando: A. que tipo de onda es B. Cuales son los rangos de frecuencia audibles para el ser humano. C. Indique a lo menos tres fenómenos asociados al sonido

2) Un astronauta se encuentra solo en la superficie de la Luna, en ese instante su compañero le informa que una nave espacial esta alunizando en las vecindades: A. ¿Por qué no escucha la llegada de la nave? B. ¿Puede escuchar cuando se le golpea el casco?

3) Una onda sonora se propaga en el aire con una rapidez de 340 m/s. El "La" normal tiene

una frecuencia de 440 Hz. A. ¿Cuál es el periodo de oscilación cuando se genera esta nota musical en S. L? B. Calcule la longitud de onda para esta nota musical en S. I.

4) Un niño está frente a un acantilado, emite un sonido el cual se refleja. Si en ir y volver el sonido se demora 0,8 s y la rapidez de propagación del sonido es de 340 m/s, ¿a qué distancia se encuentra el fondo del acantilado?

5) Durante una tempestad una persona observa un relámpago (luz), después de 12 s escucha el ruido del trueno. ¿A qué distancia se produjo la descarga eléctrica que provoco el relámpago y oí trueno?

6) Se genera un sonido en el agua, el cual se propaga con una rapidez de aproximada de 1500 m/s. Si en ir y volver desde un barco hasta la profundidad del mar tarda 4 s. ¿Cuál es la profundidad del mar en ese lugar?

7) Un murciélago puede detectar pequeños objetos, como por ejemplo insectos, cuyo tamaño es aproximadamente igual a la longitud de onda del sonido que emite el murciélago. Si él emite un chillido de 60 KHz de frecuencia y se propaga con una rapidez de 340 m/s, ¿qué tamaño mínimo deberá tener el insecto para que el murciélago lo detecte?

8) Una flauta emite un sonido agudo, en cambio la tuba emite un sonido grave. ¿Cuál de estos instrumentos produce el sonido de menor longitud de onda?

9) Un sonido es emitido en el aire, mientras viaja ingresa al agua. Indique que pasa con el tono y la longitud de onda de este sonido cuando cambia de medio.

10) Un entrenador de delfines esta ubicado a una distancia de 50 m de un estanque de agua, cuya profundidad es de 30 m. Si él emite un sonido en el aire, cuanto tarda en ser escuchado por el delfín, el cual se encuentra en el fondo del estanque?

11) Indique la diferencia que existe entre los conceptos de tono y timbre en un sonido. 12) En el interior di una mina cuya profundidad es de 200 m, se efectúa una detonación Si la

onda sonora viaja por e! aire y por la roca de granito de la mina recorriendo la misma distancia. determine la diferencia de tiempo, cuando recorre los 200 m, sí la rapidez de propagación del sonido en estos medios están en la razón 1 : 18. A. lentamente B. rápidamente

13) .Un carro de bombero se desplaza por una calle haciendo sonar su sirena; perpendicular a la calle por la cual viaja se encuentra una persona. ¿Qué fenómeno le permite a la persona escuchar el sonido de la sirena? Explique.

14) En un escenario simultáneamente es emitida la misma nota por un violín y por un clarinete. Un espectador que se encuentra al medio del teatro, percibe la llegada de los sonidos simultáneamente. ¿Qué característica del sonido le permite al espectador diferenciar un sonido del otro?


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SELECCIÓN MÙLTIPLE 15) El sonido es

A) una onda longitudinal electromagnética. B) una onda transversal. C) una onda mecánica longitudinal. D) una onda electromagnética. E) una onda mecánica transversal.

16) La velocidad de propagación del sonido depende de

A) su frecuencia. B) su longitud de onda. C) el medio de propagación. D) su amplitud. E) su energía.

17) Una persona normal puede oír sonidos comprendidos entre 20 y 20000 Hz de

frecuencia. Si se considera que la velocidad del sonido es de 340 m/s, en que ntervalos se encuentran las longitudes de onda de los sonidos que oye.

A) 17 m y 0,017 m B) 1,7 m y 0,17 m C) 0,17 m y 0,17 m D) 170 m y 1,7 m E) 1700 m y 1,7 m

18) La intensidad de un sonido está relacionada con

A) la frecuencia. B) el período. C) la fase. D) la amplitud. E) los armónicos.

19) El tono de un sonido está relacionado con

A) la frecuencia. B) la diferencia de fase. C) la fase inicial. D) la amplitud. E) los armónicos.

20) Si aumentamos la frecuencia con que vibra una fuente de sonido en un medio homogéneo

A) el período aumenta. B) la velocidad disminuye. C) el período no se altera. D) la velocidad aumenta. E) la longitud de onda disminuye.

21) Los sonidos se propagan en el aire con velocidad

A) mayor cuando más agudos. B) mayor cuanto más graves. C) igual para cualquier frecuencia. D) mayor en la zona audible. E) menor en la zona audible.


DPTO. DE FISICA

22) Cuando una onda sonora alcanza una región en que la temperatura del aire es diferente, cambia su

A) frecuencia. B) timbre. C) altura. D) longitud de onda. E) Ninguna de las anteriores.

23) ¿Cuáles de las características de las ondas sonoras determinan, respectivamente las

sensaciones de altura y de intensidad del sonido?

A) frecuencia y amplitud. B) frecuencia y longitud de onda. C) longitud de onda y frecuencia. D) amplitud y longitud de onda. E) amplitud y frecuencia.

24) En relación a las ondas sonoras, la afirmación más correcta es

A) cuanto más grave el sonido, mayor será su frecuencia. B) cuanto más agudo el sonido, mayor será su amplitud. C) el timbre del sonido está relacionado con su velocidad de propagación. D) podemos distinguir dos sonidos del mismo tono y de la misma intensidad

emitidos por dos personas si ellas tienen timbres diferentes. E) la intensidad de un sonido queda caracterizada por su frecuencia.

25) Dos personas conversan a través de una gruesa pared de 3 metros de altura interpuesta entre ellos. Este hecho puede ser mejor explicado por el fenómeno de la:

A) difracción. B) refracción. C) reflexión. D) polarización. E) ninguna de las anteriores

26) Ciertas ondas pueden sufrir atenuación o amortiguación a medida que se propagan en un medio, por ejemplo cuánto más distante de la fuente sonora más difícil se hace oír un sonido emitido. La atenuación de una onda está caracterizada por una variación de

A) la amplitud de onda. B) la frecuencia de la onda. C) la velocidad de propagación de la onda. D) la longitud de onda. E) ninguna de las anteriores

27) En salas de gran tamaño, la reflexión del sonido que se produce puede mezclarse con

el sonido emitido, creando confusión. A este fenómeno se le llama reverberación, ¿qué método se utilizaría para reducir la reverberación en las paredes de una sala grande?

A) Paneles cerámicos B) Paneles de aluminio C) Cortinas de terciopelo D) Panel de yeso E) Láminas de vidrio

28) Para que se perciba el eco de un sonido en el aire donde la velocidad de propagación

es de 340 m/s es necesario que haya una distancia de 17 m o más entre el emisor y el obstáculo donde el sonido es reflejado. En el agua, donde la velocidad es de 1600 m/s, esta distancia debe ser

A) 17 m B) 34 m C) 68 m D) 80 m E) 160 m

DPTO. DE EL SONIDO

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