¿QUÉ ES UNA ONDA?

ES UNA PERTURBACIÓN QUE SE PROPAGA, DESDE UN PUNTO A OTRO, TRANSPORTANDO ENERGÍA, SIN QUE HAYA DESPLAZAMIENTO DE MATERIA.

SE CLASIFICAN EN: ONDAS MECÁNICAS Y ELECTROMAGNÉTICAS.

ELEMENTOS DE UNA ONDA

Cresta: Es el punto más alto de la amplitud o punto máximo de saturación de la onda.

Periodo: Es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.

Amplitud: Es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda.

Frecuencia: Número de veces que es repetida la vibración, en otras palabras, es una simple repetición de valores por un periodo determinado.

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.

PROCESO ONDULATORIO

El proceso ondulatorio es por el cual se propaga energía de un lugar a otro pero sin transferencia de materia, a través de ondas mecánicas o electromagnéticas, en cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio.

ONDAS MECÁNICASEn las ondas mecánicas las partículas se desplazan en

torno a su posición de equilibrio y solo la energía avanza de forma continua, porque la energía se transmite a través de un medio material.

Las ondas mecánicas se clasifican en:

• Longitudinales

• Transversales

• Superficiales o bidimensionales

• Lineales

• Tridimensionales o esféricas

• Periódicas

• No periódicas

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS MECÁNICASLONGITUDINALES: Hacen que las partículas del medio vayan en la

misma trayectoria paralelamente a su propagación, a diferencia de las transversales, es que para las ondas longitudinales en lugar de crestas se tienen con presiones y en lugar de valles tienen expansiones.

TRANSVERSALES: Son aquellas que presentan una perturbación en las partículas del medio desplazándose perpendicularmente a la dirección de la propagación.

SUPERFICIALES O BIDIMENSIONALES: Son aquellas que se componen de ondas transversales y longitudinales.

LINEALES: Son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio.

TRIDIMENSIONALES O ESFERICAS: Son ondas que se propagan en tres direcciones y también se le conocen esféricas porque sus frentes de onda son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.

PERIODICAS: Son aquellas que se producen por ciclos repetitivos de perturbación, todas iguales y equiespaciadas, las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

NO PERIODICAS: Son aquellas que su periodo no sigue ninguna especie de ciclo repetitivo, se da aisladamente y a esto se le llama pulsos, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tendrán características diferentes.

PROPIEDADES DE LAS ONDAS MECÁNICAS• Reflexión

• Refracción

• Difracción

• Principio de superposición

• Interferencia: Constructiva y Destructiva

REFLEXIÓN: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar cambia de dirección.

REFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

DIFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN: La onda resultante de la interacción entre dos ondas, que se desplazan en el mismo medio y a la vez, es el equivalente a la suma de cada una de las ondas por separado y después de la interacción de las ondas, éstas mantienen su integridad.

INTERFERENCIA: Es cuando una o más ondas se superponen unas a las otras para producir una onda resultante, de mayor o menor amplitud.

I. CONSTRUCTIVA: Es cuando hay dos ondas de frecuencia idéntica o similar y se superpone la cresta de una onda sobre la cresta de la otra y hacen una onda de mayor amplitud.

I. DESTRUCTIVA: Es cuando la cresta de una onda se superpone al valle de la otra onda y se anulan, esto pasa debido a que el valle y la cresta son contrarios.

ONDAS ESTACIONARIA

Las ondas estacionarias son aquellas en las cuales ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles y las posiciones donde la amplitud es máxima se conocen como antinodos, la distancia entre nodos o antinodos es una longitud de onda.

Las ondas estacionarias no son ondas viajeras sino que diferentes maneras de vibración.

Se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

EL PRINCIPIO DE HUYGENS

Es un método de análisis que se aplica en los problemas de propagación de ondas, él menciona que todo punto de un frente inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas que se extienden en todas las direcciones, considerando la misma velocidad, longitud y frecuencia de la onda que proceden, éste principio ayuda a entender con mayor facilidad los fenómenos de difracción, reflexión y la refracción.

ACÚSTICA

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NATURALEZA DEL SONIDO

El sonido consiste en la propagación de una perturbación en un medio (en general el aire).

Es importante enfatizar que el aire no se mueve de un lugar a otro junto con el sonido. Hay trasmisión de energía pero no traslado de materia

El sonido puro

La cualidad mas importante del sonido es el tono, cuando hablamos de un tono puro estamos hablando sobre cualidades acústicas simples, invariables y armónicas.

GENERADORES DE SONIDO

MEDIOS DE PROPAGACIÓN DEL SONIDO

Podemos definir a un medio como un conjunto de osciladores capaces de entrar en vibración por la acción de una fuerza.

Para que una onda sonora se propague en un medio, éste debe cumplir como mínimo tres condiciones fundamentales: ser elástico, tener masa e inercia.

ONDAS SONORAS

SONIDOS A

UDIBLE

S:

INFR

ASÓNICO Y

ULTRASÓNIC

O

PROPIEDADES DEL SONIDO: INTENSIDAD

El nivel de intensidad sonora se expresa en decibelios (símbolo, dB)

TONO

Indica si el sonido es grave, agudo o medio, y viene determinada por la frecuencia de las ondas sonoras, medida en hercios

TIMBRE

Es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y altura.

NIVEL DE INTENSIDAD

El “umbral de audición” representa la cantidad mínima de sonido o de vibraciones por segundo requeridas para que el sonido lo pueda percibir el oído humano.

TABLA DE VALORES DE NIVELES DE INTENSIDAD Y AUDIOGRAMA DEL OÍDO HUMANO

ALGUNOS RUIDOS Y SUS NIVELES DE INTENSIDAD SONORA EN DECIBLES

Para poder saber la diferencia entre estos dos conceptos debemos saber que significan cada uno de ellos.

El ruido es un tipo de sonido, especialmente fuerte, áspero e irregular; sonidos desagradables con poca armonía. Pero este término se utiliza generalmente para referirse a sonidos fuertes y no deseados; algunos ejemplos pueden ser las bocinas de los coches, los aviones, los bebés cuando lloran y ciertos tipos de música. Los ruidos pueden tener una calidad irregular.

Algunos ruidos pueden incluso provocar náuseas y dolores de cabeza a ciertas personas.

Los ruidos no dependen de la frecuencia, sino de la intensidad y el nivel de sonido.

DIFERENCIA ENTRE RUIDO Y SONIDO.

El sonido generalmente nos referimos a un efecto auditivo que no es molesto. El sonido es una vibración del aire o del agua (nunca se puede producir en el vacío) que llega a nuestra oreja, hace que este vibre y de esa forma escuchamos algo. Esta vibración se realiza en forma de ondas sonoras.

En sentido general, los humanos podemos percibir entre 20 Hz. Y 20,000Hz. (20 KHz.).

Las personas oyen sonidos cuando las vibraciones pasan a través del oído y resuenan en sus tímpanos.

Los sonidos se miden en decibelios y cuanto sea mayor el sonido, mayor será su valor en decibelios.

Después de saber cuál es la definición de ruido y sonido ahora podemos saber qué diferencia hay entre ellos. Usamos el termino sonido para referirnos a persecuciones acústicas que no resultan molestas, mientras que la palabra ruido la usamos mayormente para hace referencia a los sonidos molestos y desagradables.

Recuerden que rapidez y velocidad no son los mismos términos y para no entrar en confusiones los vamos a definir.

Cuando se habla de rapidez, nos referimos a la relación entre la distancia recorrida en una unidad de tiempo determinada, es decir la relación entre la distancia recorrida y el tiempo que hemos necesitado para recorrerla. 

La velocidad, por su parte la velocidad es una magnitud física vectorial, aporta más información que la rapidez, ya que aparte de decir la rapidez de un objeto, también aporta datos como la dirección y el sentido, así que en total nos dice tres magnitudes, rapidez, dirección y sentido.

VELOCIDAD DEL SONIDO.

Ya que los tenemos bien definidos podemos hablar de la velocidad del sonido.

La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de las ondas sonoras. La velocidad o dinámica de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación.

La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia.

Para calcular la velocidad del sonido es necesario emplear algunas formulas, acordes a el medio en que se propague, las cuales a continuación se presentan:

VELOCIDAD DEL SONIDO EN UN GAS. Los gases son muy

comprensibles y su densidad cambia al modificarse la presión.

R = La constante de gas universal = 8,314 J/mol K,

T = La temperatura absoluta

M = El peso molecular del gas en kg/mol

γ = la constante adiabática, característica del gas específico.

GAS Velocidad de propagación del sonido (m/s) a la presión de 1 atm

Aire (0º C) 331Alcohol etílico (97º C) 269Amoniaco (0º C) 415Gas carbónico (0º C) 259Helio (0º C) 965Hidrógeno (0º C) 1284Neón (0º C) 435Nitrógeno (0º C) 334Oxígeno (0º C) 316Vapor de agua (134 ºC) 494

Aquí podemos observar la velocidad del sonido en varios gases:

MEDIO TEMPERATURA °C

VELOCIDAD (M/S)

Aluminio 17-25 6400

Vidrio 17-25 5260

Oro 17-25 3240

Hierro 17-25 5930

Plomo 17-25 2400

Plata 17-25 3700

Acero inoxidable 17-25 5740

Donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero que es aproximadamente de 5.146 m/s.

VELOCIDAD DEL SONIDO EN UN SÓLIDO.

La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente a 1500 m/s y en agua dulce a 1435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.

La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).

VELOCIDAD DEL SONIDO EN LOS LÍQUIDOS.

Tabla con la velocidad del sonido en algunos elementos líquidos:

MEDIO TEMPERATURA (°C)

VELOCIDAD (m/s)

Agua destilada 20 1484

Agua de mar 15 1509,7

Mercurio 20 1451

La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y este aumento de actividad hace aumentar la velocidad

Donde la densidad (p), es inversamente proporcional a la temperatura (T). Así, a mayor temperatura, menor será la densidad del gas (en este caso aire) y, por tanto, menor la velocidad de propagación del sonido en él.

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE EN FUNCIÓN DE LA

TEMPERATURA.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia. P/e:

• En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado centígrado que sube la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)

• En el agua (a 25 ºC) es de 1493 m/s.

• En la madera es de 3700 m/s.

• En el hormigón es de 4000 m/s.

• En el acero es de 6100 m/s.

• En el aluminio es de 6400 m/s.

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO EN FUNCIÓN DE LOS MEDIOS.

La acústica es la parte de la física que se encarga de estudiar al sonido en su conjunto. Los fenómenos acústicos son consecuencia de algunos efectos auditivos provocados por el sonido.

Reflexión: Cuando las ondas sonoras se encuentran con un obstáculo que no pueden traspasar ni rodear rebotan sobre el objeto. Cuando el obstáculo es fijo, como una pared, el módulo de la velocidad se conserva.

Eco: Es un fenómeno consistente en escuchar un sonido después de haberse extinguido la sensación producida por la onda sonora. Se produce eco cuando la onda sonora se refleja perpendicularmente en una pared.

FENÓMENOS ACÚSTICOS.

Reverberación: Se produce reverberación cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del sonido. Se define como el tiempo que transcurre hasta que la intensidad del sonido queda reducida a una millonésima de su valor inicial.

Resonancia: La reverberación es un fenómeno derivado de la reflexión del sonido dentro de un espacio cerrado. Esta prolongación es debida a las ondas reflejadas por las diferentes superficies del espacio. La reverberación, la escuchamos muy bien en espacios grandes como las iglesias, donde las paredes de piedra no absorben el sonido y toda la energía sonora está unos segundos viajando en su interior hasta disiparse. En recintos más grandes, como pabellones o piscinas cubiertas, incluso podemos llegar a tener eco. 

El Efecto Doppler: Fue propuesto por Cristian Doppler (1803-1853) en 1842 en un trabajo llamado "Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros". El efecto Doppler en ondas sonoras se refiere al cambio de frecuencia que sufren las ondas cuando la fuente emisora de ondas y/o el observador se encuentran en movimiento relativo al medio. La frecuencia aumenta cuando la fuente y el receptor se acercan y disminuye cuando se alejan.

Los sonidos se pueden identificar por su espectro de frecuencias. El elemento fundamental de estas frecuencias es la onda sinusoidal, es decir, una superposición lineal de sinusoides.

Cada sinusoide se caracteriza por su amplitud, su frecuencia y su relación con la marca de tiempo cero. Los sonidos más graves tendrán ondas sonoras más alargadas (una frecuencia más baja), mientras que los sonidos más agudos serán representados por ondas de sonido más cortas (una frecuencia más alta y por lo tanto más Hertz).

APLICACIÓN DE LAS ONDAS MECÁNICAS.

El decibelímetro mide la intensidad sonora en decibelios es un instrumento que permite medir el nivel de presión acústica, expresado en dB. Está diseñado para responder al sonido casi de la misma forma que le oído humano y proporcionar mediciones objetivas y reproducibles del nivel de presión acústica. El objetivo de un decibelímetro es comportarse exactamente como lo hace el oído humano, y mostrar una medida numérica y reproducible de los niveles sonoros.  

DECIBELÍMETRO.

El sonar es una técnica que usa la propagación del sonido bajo el agua (principalmente) para navegar, comunicarse o detectar otros buques.El sonar puede usarse como medio de localización acústica, funcionando de forma similar al GPSEl término «sonar» se usa también para aludir al equipo empleado para generar y recibir el sonido de carácter infrasonoro.

SONAR.

El ultrasonido es onda acústica que no puede ser percibida por el hombre por estar en una frecuencia más alta de lo que puede captar el oído. Este límite se encuentra aproximadamente en los 20 KHz. En cambio otros animales, como murciélagos, delfines y perros, logran oír estas frecuencias, e incluso utilizarlas como radar para orientarse y cazar.El ultrasonido se utiliza en muchos ámbitos de las ciencias y las tecnologías. Por ejemplo, en medicada se emplea para el diagnóstico por ultrasonido (ultrasonografía), fisioterapia, econografía, limpieza de dientes, liposucción, etc.En el ámbito militar el ultrasonido puede utilizarse como arma.

ULTRASONIDO.