ONDAS

SONORAS

ONDAS SONORAS En su origen, la acústica tenia por objetivo el estudio

de las ondas que impresionaban nuestro sentido del oído, ondas que denominamos, ondas sonoras o sonidos. Pero su dominio se amplió y comprende ahora las ondas que tienen las mismas propiedades físicas que el sonido, como son los ultrasonidos.

Los sonidos pueden clasificarse en ruidos, ondas no periódicas o pulsos, como por ejemplo el sonido producido por un tiro de cañón, una explosión…., y el sonido musical, onda periódica, como el sonido producido por un violín, un piano o un cantante

ONDAS SONORAS El origen del sonido es un movimiento vibratorio,

producido por cuerpos en movimiento periódico. Pueden ser cuerdas vibrantes o placas vibrantes, tubos sonoros, etc.

La Amplitud de Presión Máxima ΔPmax es el cambio máximo en la presión a partir de su posición de equilibrio.

Si se combinan las ecuaciones de la amplitud de presión máxima y la Intensidad del movimiento ondulatorio.

Se tiene:

Se acostumbra denominar infrasonido a las ondas sonoras cuya frecuencia es menor de 16 Hz y ultrasonido a los de frecuencia mayor de 20000 Hz.

Pero no todos lo movimientos vibratorios producen sonidos. Solo las vibraciones de frecuencia de 16 Hz hasta 20000 Hz producen la sensación de sonido.

La propagación de la onda sonora necesita uno o varios medios elásticos interpuestos entre la fuente sonora y el oído. Generalmente el aire sirve de medio elástico en cuyo caso la velocidad de propagación es del orden de 343 m/s a 20 ºC

Pero también los sólidos y los líquidos transmiten los sonidos. Por ejemplo los nadadores debajo del agua oyen; y los peces huyen cuando perciben ruidos. Se puede oír la llegada de un tren o de un auto, pegando el oído en el riel o en la carretera.

Velocidad de las Ondas Sonoras.

La velocidad de las ondas sonoras depende de la compresibilidad y la inercia del medio

Si una barra solida de aluminio (E= 7x1010 N/m2 y ρ=2700 kg/m3) se golpea con un martillo, un pulso longitudinal se propaga en la barra con una velocidad de:•5100m/s•4100m/s•6100m/s

Calcular la velocidad del sonido en el agua, la cual tiene modulo volumétrico de 2.1x109 N/m2 y una densidad de 1000kg/m3.

a) 1500 m/sb) 2500 m/sc) 1700 m/s

EL OIDO HUMANO El oído humano es un detector de sonido

notablemente sensible. Los detectores mecánicos del sonido, que son los micrófonos, apenas pueden igualar al oído en la detección de sonidos de baja intensidad.

Las ondas sonoras entran en el oído y golpean una membrana elástica, llamada el tímpano, que vibra en resonancia a la misma frecuencia que la onda

EL OIDO HUMANO Una cadena de tres huesitos transmiten las vibraciones,

amplificándolas, a un fluido situado en el oído interno. Los movimientos del fluido son detectados por fibras de longitud y espesores diferentes que vibran cada una con su frecuencia propia.

Las vibraciones de las fibras se transforman en señales eléctricas que son llevadas por los nervios auditivos hasta el cerebro en donde la sensación de sonido se realiza

CARACTERISTICA DEL SONIDO: INTENSIDAD El movimiento de una onda incluye la propagación de la

energía. El nivel de la transferencia de energía se expresa en términos de la intensidad, que es la energía transportada por unidad de tiempo a través de una unidad de área

La intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud, o sea que para una frecuencia dada un sonido nos parece más y más intenso si su amplitud crece

CARACTERISTICA DEL SONIDO: INTENSIDAD

La intensidad para un punto es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al origen.

Para ser oídos, los sonidos deben tener una intensidad mayor que le umbral de audición y una intensidad menor a cierto valor que el oído no puede tolerar, llamado umbral de la sensación dolorosa

Una barra de aluminio , densidad y sección 5 cm2 , transmite en movimiento ondulatorio

armónico producido por una fuente de 100 Hz de frecuencia y 20 W de potencia. Calcular: a) la velocidad de propagación y la longitud de onda. b) la ecuación de la onda armónica

El oído oye intensidades sonoras de hasta causa de este gran intervalo de intensidades, se prefiere utilizar una escala logarítmica (base 10) en vez de la escala natural.

Para esto se define el nivel de intensidad β de una onda sonora, como:

Siendo una intensidad arbitraria de referencia, que se toma igual a y que corresponde al sonido más débil que se puede oír. Los niveles de intensidades se expresan decibeles (dB), en honor al americano Graham Bell.

Así el sonido más fuerte que puede tolerar un oído y que tiene una intensidad de , tendrá un nivel de intensidad de:

A intensidad mínima que detecta el oído es ¿Qué intensidad ha recibir para que la sensación sea de 3 decibelios? Nota: la sensación se conoce también como sonoridad o nivel de intensidad sonora

A. B.

C.D.

¿Cuántas personas deben gritar a razón de 50 decibelios casa una para producir en total un sonido de 70 decibelios?

A. Con dos sobraría (2>7/5) B. 12

C. 20D. 100

CARACTERISTICAS DEL SONIDO: TONO

El tono de un sonido es la cualidad que corresponde a la sensación de un sonido más o menos bajo o alto. La experiencia nos muestra que el sonido de hace más alto cuando crece la frecuencia, por lo tanto podemos medir el tono de un sonido por su frecuencia

CARACTERISTICAS DEL SONIDO: TIMBRE Dos sonidos de la misma intensidad e igual tono pueden dar

sensaciones muy diferentes; se dice que estos sonidos diferentes por su timbres. Los armónicos contribuyen a la percepción auditiva de la calidad de sonido timbre

Los armónicos son una serie de vibraciones subsidiarias que acompañan a una vibración primaria o fundamental del movimiento ondulatorio

EFECTO DOPPLER

Es cuando una fuente de frecuencia fs, o un observador o ambos están en movimiento con respecto al aire, la frecuencia percibida por el observador es diferente fs

f’ es la frecuencia percibida por un observador inmóvil proveniente de una fuente que se acerca con velocidad vs, siendo v la rapidez del sonido

Fuente se acerca - vs

Fuente se aleja + vs

EFECTO DOPPLER

La frecuencia recibida de una fuente en reposos por un observador en movimiento con rapidez vo esta dada por:

El Efecto Doppler se aplica tanto a las ondas sonoras como a las ondas electromagnéticas; utilizando fundamentalmente para medir la velocidad de un objeto.

Observ. Se acerca - vs

Observ. Se aleja + vs

GENERALIZANDO

Una aplicación del efecto Doppler es la obtención de imágenes del interior del cuerpo humano sin los peligros de los rayos X

Una fuente sonora se mueve, con una velocidad de 80 m/s, en el aire y emite un sonido con una frecuencia de 200 Hz, acercándose a un observador en reposo. ¿Cuál es la longitud de onda que mide el observador?

Para poder determinar su rapidez una paracaidista lleva un generador de tonos, una amiga en tierra recibe y analiza las ondas. Mientras la paracaidista cae con su rapidez terminal su generador emite un tono estacionario de 1800 Hz.

a.- Si la amiga recibe ondas con una frecuencia de 2250 Hz.¿Cuál es la rapidez de descenso de la paracaidista ?

b.- Si la paracaidista tiene un equipo receptor ¿Cuál será la frecuencia que ella recibe por las ondas que se refleja en el suelo ?

PULSACIONES

Una pulsaciones (Latidos) es producido por la superposición dos ondas con una frecuencia muy parecida.

440 Hz

441 Hz

440 + 441 Hz

La velocidad del sonido en el aire es 0 °C es 332 m/s, y aumenta en 0,6 m/s por cada °C que la temperatura se eleva. Un afinador de piano golpea una tecla que produce una nota de 440 Hz en un cuarto a una temperatura de 20 °C. Una pulsación de 26 Hz de frecuencia resulta cuando un diapasón y la tecla son golpeados simultáneamente. ¿Calcule cual es la longitud de onda de la nota? Producida por el diapasón