SONIDOOndas Sonoras

MOVIMIENTO ONDULATORIO

• La propagación de la energía a través de una perturbación en un medio se llama Movimiento ondulatorio.

• Las sensaciones que percibimos del medio ambiente como la luz y el sonido, nos llegan a través del movimiento ondulatorio, es decir, tiene la característica de transportar energía de un punto a otro, sin que haya desplazamiento de materia.

ELEMENTOS DE UNA ONDA Foco Emisor (Fuente): punto del que parte la perturbación.

Frente de onda: lugares geométricos de los puntos del medio que tienen igual fase (estado de vibración) en un instante dado. (Figura geométrica que se forma al originarse una perturbación). (en 2 dimensiones son líneas y en 3 dimensiones superficies)

Rayos de Onda: son rectas perpendiculares a los frentes de ondas que determinan gráficamente las direcciones de propagación.

FOCO O FUENTE

FRENTE DE ONDA RAYOS

TIPOS DE ONDAS

EN FUNCIÓN DEL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGAN

1. ONDAS MECÁNICAS: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Son ejemplos de ondas mecánicas las ondas sonoras y las generadas en la superficie del agua o en cuerdas y muelles las ondas elásticas.

 

• 2. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado. Dentro de las ondas electromagnéticas tenemos los rayos X, la radiación ultravioleta, la luz visible, la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de radio y televisión (la radiación que emiten y reciben los teléfonos móviles, por ejemplo, consiste en ondas de radio).

•  

EN FUNCIÓN DE LA DIRECCIÓN DE LA PERTURBACIÓN 1. ONDAS LONGITUDINALES: son aquellas en las

que las partículas vibran en la misma dirección que la de propagación de la onda.Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal, el sonido….

2. ONDAS TRANSVERSALES: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Ejemplos de ondas transversales: las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda o un resorte, la luz…

OTRAS

Ondas viajeras: son aquellas ondas que se desplazan libremente por el medio. Por ejemplo, si suponemos que una soga es tan larga como nosotros queramos, la onda que generamos en esta, se propagara indefinidamente por la soga.

Ondas Estacionarias: se limitan a una región del espacio. Ej. Ondas en una cuerda

• Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

• Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). 

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA ONDA Si producimos la misma perturbación periódicamente,

se una sucesión de ondas similares cuyas características pueden quedar representadas en la figura produce

• MONTE (M): Es el punto que ocupa la posición más alta en una onda.

• VALLE (V): Es el punto más bajo de la onda.  • LA AMPLITUD (A): se define como la máxima

elongación o máxima amplitud de vibración por encima de la posición de equilibrio de la onda.

• PERIODO (T): Se define como el intervalo de tiempo necesario para completar una oscilación o ciclo completo. UNIDADES: unidades de tiempo (s, ms)

• LA LONGITUD DE ONDA : La distancia que una onda recorre en un tiempo igual al Periodo (T) de denomina longitud de onda y se representa por la letra griega (Lambda). También es igual a la distancia entre dos crestas consecutivas de una misma onda entre dos valles consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración. UNIDADES: unidades de longitud (centímetro, milímetro, micra, milimicra, amgstron …)

• FRECUENCIA (f): Se define como el número de ciclos en un determinado tiempo. Como regla general se toma a un segundo como unidad de tiempo, por lo que también podemos decir que el numero de ciclos que pasan por un segundo.

• UNIDADES: Hertz = Ciclos por segundo (C.P.S) = S-1

 • Por definición. f = Números de ciclos Tiempo

• VELOCIDAD DE LAS ONDAS: Recuerde que una onda es una alteración o disturbio que viaja o se mueve. La velocidad de la onda es una descripción de cuán rápido viaja una onda. La cresta avanza una longitud de onda en un periodo de relación T, puesto que la velocidad de propagación de la onda es la misma en cualquiera de sus crestas, entonces si conocemos y T podemos determinar la velocidad de propagación:

tiempo

ciadis tan

T

RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE18/04/2023

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También depende la velocidad del sonido en el aire de la temperatura del medio.

La temperatura del aire se mide en grados centígrados.

Ejemplo. ¿Cuál es la velocidad del

sonido en aire a (a) 10°C y (b) 20°C?

v 331 0,60T Rapidez del sonido en varios

medios materiales

Medio v (m/s)

Aire(0°C) 331

Aire (20°C) 343

Hidrógeno (0°C)

1 286

Agua (25°C) 1 500

Mercurio 1 400

Aluminio 5 100

Cobre 3 560

Acero 5 130

CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO

Intensidad Sonora: corresponde a la energía que transporta la onda (mal llamado volumen) Se mide en Db.

Altura o Tono: Es la forma como es percibido el Sonido. Se asocia a la frecuencia de las ondas sonoras.

Timbre: Es la característica con la cual podemos distinguir un mismo sonido producido por diferentes fuentes sonoras.

FENÓMENOS ASOCIADOS AL SONIDO• REFLEXIÓN DE ONDAS • Se define la Reflexión al fenómeno que ocurre cuando una

onda choca contra un obstáculo y se devuelve con igual velocidad de propagación.

 • Leyes de la reflexión

• Cada rayo de la onda incidente y el rayo correspondiente de la onda reflejada están contenidos en un mismo plano, que es perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios en el punto de incidencia.

 • El ángulo que forman el rayo incidente y el rayo reflejado con

la recta perpendicular a la frontera son iguales. Estos ángulos se conocen, respectivamente, como ángulo de incidencia y ángulo de reflexión. Es decir: 1 = 2

ECO Y REVERBERACIÓN

• El Eco: una manifestación de fenómeno de la reflexión de ondas es el eco, producido por el rebote de las ondas sonoras contra las superficies de separación entre el aire y otro medio ( por ejemplo, una pared de roca).

• Este fenómeno de reflexión se utiliza con fines prácticos, usados en el sonar por los submarinos y otras embarcaciones para localizar obstáculos.

• El eco es un fenómeno acústico producido cuando la onda sonora se refleja y regresa con retardo suficiente para superar la persistencia acústica, que el oído distingue el reflejo como un sonido independiente. El mínimo retardo necesario varía desde alrededor de 100 ms para sonidos secos hasta varios segundos para sonidos complejos, como la música. Si el sonido ha sido deformado hasta hacerse irreconocible, se denomina reverberación en vez de eco.

Reverberación: Se define como la persistencia del sonido tras la extinción de la fuente sonora debido a las múltiples ondas reflejadas que continúan llegando al oído.

• REFRACCIÓN

• La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.  

• En un día caluroso, las capas de aire próximas al piso, están más calientes que las capas más altas. como el sonido se propaga con mayor velocidad en el aire más caliente, una onda sonora emitida por una persona, tiende a refractarse hacia arriba.

Mientras que en la noche el fenómeno es a lo inverso, el sonido tiende a refractarse hacia abajo.

DIFRACCIÓN

• El fenómeno de la difracción nos permite escuchar música en un concierto incluso cuando una persona alta sentada delante de nosotros nos impide ver a los interpretes. También nos permite oír una conversación a través de una puerta abierta, aunque no veamos a las personas que están hablando.

LA DIFRACCIÓN SE PUEDE PRODUCIR POR DOS MOTIVOS DIFERENTES:

• 1. porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las bajas frecuencias son más capaces de rodear los obstáculos que las altas. Esto es posible porque las longitudes de onda en el espectro audible están entre 3 cm y 12 m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de los obstáculos que encuentran.

• 2. porque una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo atraviesa.

• La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la propia abertura y de la longitud de onda. Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño. La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz. Cuando el tamaño de la abertura es considerable en comparación con la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura.

SUPERPOSICIÓN DE ONDAS

• El principio de superposición de ondas establece que la magnitud del desplazamiento ondulatorio en cualquier punto del medio es igual a la suma de los desplazamientos en ese mismo punto de todas las ondas presentes.

• “Si dos o mas ondas se mueven en un medio la onda resultante se encuentra al sumar los dos desplazamientos de las ondas individuales punto por punto”.

INTERFERENCIA

Constructiva

Destructiva

• Una aplicación: la cancelación del ruido.

La interferencia destructiva puede ser muy útil. Es muy importante que el piloto de un avión oiga lo que sucede a su alrededor, pero el ruido del motor representa un problema. Por eso, los pilotos pueden usar unos auriculares especiales conectados a un micrófono que registra directamente el sonido del motor. Un sistema en los auriculares crea una onda inversa a la que llega a través del micrófono. Esta onda es emitida, de forma que neutraliza la primera. En los automóviles se está experimentando con un sistema similar.

POLARIZACIÓN

Es el fenómeno ondulatorio que se presenta solo en las ondas transversales, y que consiste en reducir todos los planos de vibración de la onda a uno solo.

AUDICIÓN HUMANA

Está comprendido entre los 20 Hz y 20000 Hz

Bajo 20Hz: Infrasonido

Sobre 20000Hz: Ultrasonido

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El sonido, desde el punto de vista físico, es una onda longitudinal que se propaga en un medio elástico (aire, agua o sólidos).

Es producido por las fluctuaciones de la presión del aire, debidas a la oscilación de un objeto a determinada frecuencia.

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EFECTO DOPPLER

Se manifiesta al existir movimiento relativo entre la fuente emisora y el receptor.

Si la fuente se acerca al receptor, la frecuencia observada por éste será mayor que la frecuencia emitida.

Si la fuente se aleja del receptor, la frecuencia observada por éste será menor que la frecuencia emitida.

Fs

Rs0 vv

vvff

EFECTO DOPPLERONDAS CON FUENTE DE SONIDO EN REPOSO

EFECTO DOPPLERONDAS CON FUENTE DE SONIDO EN MOVIMIENTO

EFECTO DOPPLERONDAS CON FUENTE DE SONIDO IGUALANDO A LA VELOCIDAD DEL SONIDO

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Video.