¿en qué se parecen las descripciones de una onda ¿de qué...
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¿En qué se parecen las descripciones de una onda
en una cuerda y una onda sonora?
¿De qué depende la velocidad del sonido?
¿Porqué el sonido se puede considerar una onda de
presión?
¿Cuáles son la energía y la potencia trasportada
por el sonido?
¿Cuál es la diferencia entre intensidad de sonido y
decibeles?
¿Cuál es el Efecto Doppler?
Las ondas de sonido son producidas por cambios de densidad ypresión en el medio que atraviesan.
La velocidad de propagación delsonido depende del módulo elástico delmedio (B) y de su densidad:
La velocidad de propagación delsonido depende significativamente dela temperatura del medio (T). Porejemplo, en el aire se tiene que:
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 513
Bv
C
Ts
m
2731331v
Las ondas sonoras se pueden generar de manera periódica altener una fuente que origine cambios de presión oscilantes:
Cada elemento del medio oscila conmovimiento armónico simple endirección paralela a la propagaciónde la onda:
http://physics-animations.com/Physics/English/waves.htm
txstxs kcos),( max
El módulo elástico de un materialestá definido como:
Y el volumen del medio es:donde:A es la sección transversal y Δx es elespesor del elemento de volumenque se está analizando.
V
PVB
x
sxV A
El cambio en la presión del medio producido por las oscilacionesde las partículas del medio está dada por:
En el caso de elementos de volumen infinitesimales:
Pero a partir de la ecuación de velocidad del sonido:
Tomando el caso ilustrado en lafigura, el cambio de volumen queacompaña al cambio de presión es:
donde Δs es la diferencia en laposición de las partículas delmedio.
sV A
x
sB
x
sB
V
VBP
A
A
Área: A
v
x
txsx
Bx
sBP
kcosmax
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 516
2vB
Por lo tanto el sonido se puede ver como una oscilación delmedio o como una onda de presión.
La onda de presión está desfazada en 90° con respecto a laonda que describe las oscilaciones del medio.
Podemos definir un cambio máximo en la presión como:
Por lo tanto el cambio depresión es:
Pero como el número de ondaes:
Área: A
v
x
txPP ksinmax
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 516
vk
txsP kkv sinmax
2
maxmax sP v
La energía transportada poruna onda de sonido es:
La potencia transferida poruna onda en un periodo es:
2
max
2
21 sKUE A
v2
AvA
2
max2
max
2
21
Ps
P
Área: A
v
x
La intensidad de una onda sonora está relacionada con elvolumen con que la escuchamos:
En el caso de una onda esférica, la intensidad de sonido a unadistancia r de la fuente es:
La escala de “ruido” más comúnmente utilizada son losdecibeles:
donde I0 = 1 × 10-12 W/m2
A
PI
24 rI
P
0
log10I
I
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 516
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 521
El Efecto Doppler se presentacuando la fuente que genera laonda (de sonido o de luz) seencuentra en movimiento conrespecto al observador (detector).
https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l4_p7.htmlhttp://physics-animations.com/Physics/English/waves.htm
Dependiendo de las velocidades de la fuente y del observador,la frecuencia que se percibe es:donde v es la velocidad de la onda,vo es la velocidad del observador yvs es la velocidad de la fuente.Por convención, las velocidades tendrán signos positivos si elobservador y la fuente se acercan. En caso de que se alejen,tendrán signos negativos.
ffs
o
vv
vv'
Serway, Jewett, “Physics for scientists and engineers”, 6th Edition, Thomson Brooks/Cole, USA, 2004, pg. 523
1. Imagine que escucha un trueno 20 s después de ver el rayo en undía lluvioso (18°C de temperatura).a) ¿Cuál es la velocidad del sonido a esa temperatura?b) Encuentre la distancia a la que cayó el rayo.
2. Un científico requiere hacer un experimento con ondas sonorasdonde el desplazamiento de las moléculas sea de 5.5 μm deamplitud, sin que la presión máxima exceda los 0.84 N/m2. ¿Cuál esla mínima longitud de onda que pueden tener las ondas? (Asumaque ρaire=120 kg/m3 y que el laboratorio se encuentra a 20°C)
3. Un cohete explota a 100 m sobre el nivel del piso. Un observadordirectamente debajo de la explosión experimenta una intensidadsonora de 7 × 10-2 W/m2 durante 2 segundos.a) ¿Cuál es la energía sonora asociada a la explosión? (Considere
que el observador ocupa un área de 0.16 m2 en el piso)b) ¿Cuál es el nivel de sonido en decibeles que escucha el
observador?
4. Un submarino (A) viaja en el agua a una velocidad de 8 m/semitiendo una onda de frecuencia 1400 Hz con el sonar. Lavelocidad del sonido en el agua es de 1533 m/s. Un segundosubmarino (B) se mueve en línea recta directamente hacia elprimer submarino con una velocidad de 9 m/s.a) ¿Cuál es la frecuencia que percibe alguien en el submarino B
mientras ambos submarinos se acercan?b) Los submarinos se cruzan en algún punto y después se alejan
uno de otro. ¿Cuál es ahora la frecuencia que se percibe en B?