Las ondas sonoras viajan a través de cualquier medio material con una rapidezque depende de las propiedades del medioLas ondas sonoras se dividen en tres categorías que cubren diferentesintervalos de frecuencia.

1) Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad deloído humano. Ejemplo: instrumentos musicales, voces humanas o bocinas.1) 2) Las ondas infrasónicas tienen frecuencias por abajo del intervalo audible.

Los elefantes usan ondas infrasónicas para comunicarse mutuamente, auncuando estén separados por varios kilómetros.3) Las ondas ultrasónicas tienen frecuencias por arriba del alcance audible.

Ejemplo: Silbatos “silenciosos” para perros. Los perros escuchan el sonidoultrasónico que emite este silbato, para los humanos es imposible detectarlo.Las ondas ultrasónicas también se usan para la formación de imagen médica.

RAPIDEZ DE ONDAS SONORASLa rapidez de las ondas sonoras en un medio depende de lacompresibilidad y la densidad del medio; si éste es un líquido o un gas ytiene un módulo volumétrico B y densidad ρ, la rapidez de las ondassonoras en dicho medio es:

La rapidez del sonido también depende de la temperatura del medio. La relación entre la rapidez de la onda y la temperatura del aire, para sonido que viaja a través del aire, es:

donde 331 m/s es la rapidez del sonido en aire a 0°C y TC es latemperatura del aire en grados Celsius

Intensidad de ondas sonoras periódicasUn procedimientosimilar al de la sección 16.5, donde se evaluó la rapidez de transferencia de energía parauna onda sobre una cuerda, muestra que la energía cinética en una longitud de onda de la onda sonora es

la energía mecánica total para una longitud de onda es

La rapidez de transferencia de energía es

donde v es la rapidez del sonido en el aire.

La intensidad I de una onda, o la potencia por cada unidad de area, sedefine como la rapidez a la cual la energia transportada por la onda setransfiere a traves de una unidad de area A perpendicular a ladireccion de viaje de la onda:

Intensidad de una onda sonora

la amplitud de presión ΔPmáx

EJEMPLO 17.2 Límites auditivosLos sonidos mas débiles que el oído humano puede detectar a unafrecuencia de 1 000 Hz corresponden a una intensidad deaproximadamente 1.00 x 10 -12W/m2, que se llama umbral de audición.Los sonidos mas fuertes que el oído tolera a esta frecuenciacorresponden a una intensidad de aproximadamente 1.00 W/m2, elumbral de dolor. Determine la amplitud de presión y la amplitud dedesplazamiento asociadas con estos dos limites.SOLUCIÓN

EJEMPLO Variaciones de intensidad de una fuente puntualUna fuente puntual emite ondas sonoras con una salida de potenciapromedio de 80.0 W.A) Encuentre la intensidad a 3.00 m de la fuente.Imagine una pequeña corneta que envía sonido con rapidez promedio de80.0 W de manera uniforme en todas direcciones. Usted está de pie a 3.00m de distancia. A medida que el sonido se propaga, la energía de las ondassonoras se dispersa sobre una esfera siempre en expansión. Ya que unafuente puntual emite energía en la forma de ondas esféricas, use lasiguiente ecuación para encontrar la intensidad

Esta intensidad es cercana al umbral del dolor.B) Hallar la distancia a la cual la intensidad del sonido es 1.00 x 10-8 W/m2.

Nivel sonoro en decibelesEl oido humano puede detectar un amplio intervalo de intensidades. Ya queeste intervalo es tan amplio, es conveniente usar una escala logarítmica,donde el nivel sonoro β(letra griega beta) se define mediante la ecuación

Ejemplo: Niveles sonorosDos maquinas idénticas se colocan a la misma distancia de untrabajador. La intensidad del sonido entregado por cada maquina enfuncionamiento en la posición del trabajador es de 2.0x 10-7 W/m2.A) Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando unamaquina esta en funcionamiento.

B) Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando dosmaquinas están en funcionamiento:

Finalizar Estos resultados demuestran que, cuando se duplica laintensidad, el nivel sonoro aumenta sólo en 3 dB.

EL EFECTO DOPPLERTal vez haya notado cómo varía el sonido de la corneta de unvehículo a medida que éste se aleja. La frecuencia del sonido queescucha mientras el vehículo se aproxima a usted es más alta que lafrecuencia que escucha mientras se aleja. Esta experiencia es unejemplo del efecto Doppler.

Sean f la frecuencia de la fuente, λ la longitud de onda y v la rapidez delsonido enla figura 17.8. Si el observador también queda estable, detectará frentesde onda a una frecuencia f. se puede decirque la frecuencia f´ que escucha el observador está aumentada y seconoce por

Si el observador es móvil alejándose de la fuente, la rapidez de la ondarelativa escuchada por el observador queda reduciday se encuentra por

Un submarino (sub A) viaja a través de agua con una rapidez de 8.00m/s y emite una onda de sonar con una frecuenciade 1 400 Hz. La rapidez del sonido en el agua es de 1 533 m/s. Unsegundo submarino (sub B) se localiza de tal modo queambos submarinos viajan directamente uno hacia el otro. Elsegundo submarino se mueve a 9.00 m/s.A) ¿Qué frecuencia detecta un observador que viaja en el sub Bmientras los submarinos se aproximan uno al otro?

B) Los submarinos apenas evitan el choque. ¿Qué frecuencia detectaun observador en el sub B mientras los submarinosse alejan uno del otro?