El sonido y su propagación Elaborado por:Lic. Itzel Camarena PadillaLic. Alberto Andrade Lara

Contenido1.1 Vibraciones como fuentes de sonido. 1.2 Medios de propagación. 1.3 Variaciones de presión en una onda de presión. 1.4 Velocidad de propagación. 1.5 Intensidad y sonoridad. Instrumentos musicales. 1.6 El oído y la audición. 1.7 Efecto Doppler.

Onda mecánica

Una onda mecánica representa la forma como se propaga una vibración o perturbación inicial, transmitida de una molécula a otra en los medios elásticos. Al punto donde se genera la perturbación inicial se le llama foco o centro emisor de las ondas. Así, cuando una perturbación ocasiona que una partícula elástica pierda su posición de equilibrio y se aleje de otras a las que estaba unida elásticamente, las fuerzas existentes entre ellas originarán que la partícula separada intente recuperar su posición original, produciéndose las llamadas fuerzas de restitución. Ello provocará un movimiento vibratorio de la partícula, el cual se transmitirá a las más cercanas, primero y a las más alejadas, después.

Entonces:

Todas las ondas mecánicas requieren: Alguna fuente que cree la perturbación. Un medio en el que se propague la

perturbación. Algún medio físico a través del cual

elementos del medio puedan influir uno al otro.

En las ondas mecánicas lo que se desplaza o avanza es la onda y no las partículas del medio, pues éstas únicamente vibran transmitiendo la onda, pero conservan sus posiciones alrededor de puntos más o menos fijos.

En general, las ondas mecánicas transmiten la energía por medio de la materia, debido a las perturbaciones ocasionadas en ella, pero sin que implique un desplazamiento total de la materia.

Clasificación de ondas

Clasificación de ondas a partir de la forma en que hacen vibrar a

las ondas del medio de propagación

ONDAS LONGITUDINALES:

Se presentan cuando las partículas del medio material vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda.

Hay una descripción que solo se utiliza en el caso longitudinal:

Existe una compresión cuando el medio se contrae y una rarefacción cuando el medio se expande. En este lenguaje, la longitud de onda corresponde a la distancia entre una compresión en el medio y la compresion que sigue, o bien, la distancia entre dos rarefacciones consecutivas en el medio.

Se presentan cuando las partículas del medio material vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

ONDAS TRANSVERSALES:

Clasificación de ondas a partir de la forma en que hacen vibrar a

las ondas del medio de propagación

Ejemplos

Estas se producen, por ejemplo, cuando se arrojauna piedra en un estanque, o al mover hacia arriba y hacia abajo una cuerdao un resorte.

Características de las ondas transversales

Longitud de ondaEs la distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase. Por ejemplo, la distancia entre dos crestas o dos valles consecutivos. La longitud de onda se representa por la letra griega λ(Iambda) y se mide en m/ciclo

NodoEs el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.

ElongaciónEs la distancia entre cualquier punto de una onda y su posición de equilibrio

Características de las ondas transversales

AmplitudEs la máxima elongación o alejamiento de su posición de equilibrio que alcanzan las partículas vibrantes.

FrecuenciaEs el número de ondas emitidas por el centro emisor en un segundo. Se mide en ciclos/s, esto es, en Hertz (Hz)

1 hertz = 1 ciclo/s

PeriodoEs el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de la onda. Como puede notarse, el período es igual al inverso de la frecuencia y la frecuencia es igual al inverso del período,

Características de las ondas transversales

T=1/F Y F=1/T

DONDE:T= periodoF= frecuencia

Tren de ondasSi a una cuerda tensa y sujeta por uno de sus extremos se le da un impulso moviéndola hacia arriba, se produce una onda que avanza por las partículas de la cuerda, éstas se moverán al llegarles el impulso y recobrarán su posición de reposo cuando la onda pase por ellas. Si la cuerda se sigue moviendo hacia arriba y hacia abajo, producirá un tren de ondas periódico si el movimiento también lo es.

Frente de ondaLugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda. Dada una onda propagándose en el espacio o sobre una superficie, los frentes de onda pueden visualizarse como superficies que se expanden a lo largo del tiempo alejándose de la fuente que genera las ondas sin tocarse entre sí.

Rayo o vector de propagaciónEs la línea que señala la dirección en que avanza cualquiera de los puntos de un frente de onda. Cuando el medio en que se propaga la onda es homogéneo, la dirección de los rayos siempre es perpendicular o normal al frente de onda

Clasificación de ondas segun la forma de propagación

Ondas Lineales

Se propagan en una sola dimención

Ejemplo: ondas longitudinales y transversales

Superficiales

Se propagan en dos dimensiones.

Los frentes de onda producidos en ellas son circunferencias.

Tridimencionales

Son las que se propagan en todas direcciones.

El sonido, la luz y el calor.

Velocidad de ondas.Es aquella con la cual se propaga un pulso a través de un medio. En atrás palabras, es la velocidad con que se desplazan los frentes de una onda en la dirección del rayo.La velocidad esta en función de la elasticidad y la densidad del medio, pero cuando se trata de un medio específico la velocidad siempre es la misma.

La velocidad puede calcularse con la expresión:𝑣=λ𝑇

Como T=1/F 𝑣=λ ∙𝐹

INTERFERENCIA DE ONDAS

INTERFERENCIA

INTERFERENCIACONSTRUCTIVA

INTERFERENCIADESTRUCTIVA

Se produce cuando se superponen simultáneamente dos o mas trenes de onda

Se presenta al superponerse dos movimientos ondulatorios de la misma frecuencia y longitud de onda, que lleven el mismo sentido.

Se manifiesta cuando se superponen dos movimientos ondulatorios con una diferencia de fase.

ONDAS ESTACIONARIASSe producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios de la misma frecuencia y amplitud que se propagan en diferente sentido a lo largo de una línea con una diferencia de fase de media longitud de onda.

REFRACCION DE LAS ONDASSe presenta cuando éstas pasan de un medio a otro de distinta densidad, o bien, cuando el medio es el mismo pero se encuentra en condiciones diferentes, por ejemplo, el agua a distintas profundidades.

DIFRACCION DE ONDASCuando una onda encuentra un obstáculo en su camino y lo rodea o lo contornea se produce la difracción de ondas. Este fenómeno es más notorio a medida que son mayores las longitudes de onda, y si el tamaño de la abertura por la que atravesará la onda es menor.

ONDAS SONORASLas ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales

La velocidad con la que se propaga un sonido depende del medio elástico y de su temperatura.

VELOCIDAD DE PROPAGACION DEL SONIDO

Se transmite en todas direcciones enforma de ondas a través de los medios elásticos. Cuando percibimos un sonido, generalmente el medio elástico que lo transmite es el aire.

SONIDO

FENOMENOS ACUSTICOSREFLEXI

ONECO RESONANCI

AREVERBERACI

ON

Este fenómeno se produce cuando las ondas sonorasse reflejan al chocar con una pared ,dura.

Se origina por la repetición de un sonido reflejado.

Se presenta cuando la vibración de un cuerpo ha ce vibrar a otro con la misma frecuencia.

Fenómeno que se produce si después de escucharse un sonido original, éste persiste dentro de un local como consecuencia del eco.

CUALIDADES DEL SONIDO

Esta cualidad determina si un sonido es fuerteo débil.

INTENSIDAD TONO TIMBRE

Esta cualidad del sonido depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo emisor del sonido.

Cualidad que permite identificar la fuente sonora, aunque distintos instrumentos produzcan sonidos con el mismo tono e intensidad.

El oido

Oído, órgano responsable de la audición y el equilibrio. Se divide en tres zonas: externa, media e interna.

Las partes más externas del oído son el pabellón auditivo, que es la zona visible del oído, y el conducto auditivo, que está encerrado y atrapa la suciedad. Este canal transmite los cambios de presión de aire y las ondas sonoras al tímpano, o membrana timpánica. En el tímpano comienza el oído medio, que también incluye la trompa de Eustaquio y los tres pequeños huesos vibrantes del oído: martillo, yunque y estribo. La cóclea y los canales semicirculares constituyen el oído interno. La información pasa desde el oído interno al cerebro vía nervio auditivo.

EFECTO DOPPLERConsiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora

𝐹 ´=𝐹𝑉𝑉 ±𝑣

donde: F' = frecuencia aparente escuchada por el observador en ciclos/ sF = frecuencia real del sonido emitido por la fuente sonora en ciclos/ sV = velocidad a la que se propaga el sonido en el aire en m/sv = velocidad a la que se mueve la fuente sonora en m/ s

Cuando la fuente sonora está en movimientoy el observador se encuentra en reposo, seusa la expresión:

Si la fuente sonora permanece en reposo y el observador es quien se acerca o aleja de ella, se usa la expresión:

𝐹 ´=𝐹 (𝑉 ±𝑣)

𝑉

El signo más de la expresión se utiliza si el observador se acerca a la fuente sonora y el signo menos, cuando se aleja de ella.

GRACIASReferencias: Fisica general de Hector Perez Montiel. Física, “Guía Didáctica”, Elisa Bonilla, ed. SM Wikipedia.com Youtube.com

Dirigido por: Mtro. Roberto Estrada QuilesDiplomado de Física UABC, Facultad de Pedagogía e Innovación Educativa.

2 de Octubre de 2013