Curso Fsica 1 Tema Bloque Temtico 1 El

Curso: Física 1 Tema: Bloque Temático 1: El Sonido Colegio de Bachilleres Plantel No. 9 Aragón Profesor: Ing. Alberto Tinoco Tapia 1

LAS ONDAS: MOVIMIENTO ONDULATORIO 2

EL MOVIMIENTO ONDULATORIO El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas. 3

CLASES DE ONDAS Mecánicas: Necesitan un medio natural para su propagación. Electromagnéticas: no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vacío). 4

TIPOS DE ONDAS: Ondas Longitudinales: Las partículas del medio se desplazan en la dirección de la propagación de la onda. El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido. 5

Ondas longitudinales En una onda longitudinal, la vibración de las partículas individuales es paralela a la dirección de propagación de la onda. v Movimiento de partículas Movimiento de la onda 6

ONDAS TRANSVERSALES Ondas Tranversales: Las partículas del medio se desplazan en ángulo recto a la dirección de la propagación. Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente 7

Ondas Transversales En una onda transversal, la vibración de las partículas individuales del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Movimiento de partículas Movimiento de la onda 8

Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio. Las ondas transversales pueden ser mecánicas ( ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz o las ondas de radio). Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como los terremotos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que se mueven de forma circular. 9

ELEMENTOS DE UNA ONDA TRANSVERSAL Crest a Amplitud Valle Longitud de onda 10

ELEMENTOS DE UNA ONDA TRANSVERSAL • Valle: punto más bajo de la onda • Cresta: punto más alto de la onda • Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos. • Amplitud: altura de la cresta o del valle. 11

ELEMENTOS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones o vibraciones por segundo. § Se mide en hertz (Hz) § 1 Hz = una oscilación o vibraciónen un segundo Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f ) Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’ 25 s. (1/4 s. ) 12

ELEMENTOS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la que se propaga. § Recordamos que velocidad = distancia/tiempo, por lo que distancia = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x período § Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia λ=v. T λ=v/f v =λ. f 13

Velocidad, longitud de onda, rapidez l Frecuencia f = ondas por segundo (Hz) Velocidad v (m/s) Longitud de onda l (m) Ecuación de velocidad de La onda 14

Movimiento ondulatorio periódico Una placa metálica en vibración produce una onda transversal continua, como se muestra. Para una vibración completa, la onda se mueve una distancia de una longitud de onda l como se ilustra. l A B La longitud de onda l es la distancia entre dos partículas que están en fase. 15

Ejemplo 1: Un vibrador electromagnético envía ondas por un resorte. El vibrador realiza 600 ciclos completos en 5 s. Para una vibración completa, la onda se mueve una distancia de 2 cm. ¿Cuáles son la frecuencia, longitud de onda y velocidad de la onda? f = 120 Hz l La distancia que se mueve durante un tiempo de un ciclo es la longitud de onda; por tanto: l= 0. 020 m v = (f)(l) v = (120 c/s)(0. 02 m) v = 2. 40 m/s 16

DEFINICIÓN DEL SONIDO El sonido es una onda mecánica longitudinal que viaja a través de un medio elástico. Muchas cosas vibran en el aire, lo que produce una onda sonora. Fuente del sonido: diapasón. 17

EL SONIDO REQUIERE UN MEDIO PARA PROPAGARSE El sonido de un timbre que suena disminuye conforme el aire sale del frasco. No existe sonido sin moléculas de aire. Baterías Bomba de vacío Frasco al vacío con timbre 18

EL SONIDO El Sonido se propaga mediante ondas mecánicas longitudinales En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases. La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/s En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1600 m/s En la madera es de 3900 m/s En el acero es de 5100 m/s 19

FACTORES QUE DETERMINAN LA RAPIDEZ DEL SONIDO Las onda mecánicas longitudinales (sonido) tienen una rapidez de onda que depende de factores de elasticidad y densidad. Considere los siguientes ejemplos: Un medio más denso tiene mayor inercia que resulta en menor rapidez de onda. Un medio que es más elástico se recupera más rápidamente y resulta en mayor rapidez. acero agua 20

¿QUÉ ES EL SONIDO? El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire), debido a cambios rápidos de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro. 21

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO. 1. - Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente sonora DIAPAZÓN PLATILLOS BATERÍA GUITARRA 22

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO 2. Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación, es decir la onda sonora (sonido). Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el aire (gases), y los metales (sólidos) 23

ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO 3. Según los fisiólogos para que exista sonido es necesaria la presencia de alguien que lo reciba, es decir un receptor u observador de sonido. En la escena anterior la persona, a través del sentido auditivo, recibe el sonido emitido por la campana, dicho sonido se propagó en el aire. 24

CUALIDADES DEL SONIDO TONO INTENSIDAD TIMBRE 25

TONO El tono de un sonido depende únicamente de su frecuencia, es decir, del número de oscilaciones por segundo. El tono de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más grave o más agudo. 26

TONO Cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse, por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo de cartulina a una sierra de disco: cuando mayor sea la velocidad de rotación del disco más agudo será el sonido producido. 27

LA FRECUENCIA Y EL SONIDO El tono del sonido depende de la frecuencia. A frecuencias bajas corresponden sonidos graves. A frecuencias altas corresponden sonidos agudos. 27 Hz 100 Hz 200 Hz 440 Hz 1000 Hz 3000 Hz 28

INTENSIDAD La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el volumen del radio a una música, o el volumen del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido. TIMBRE El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y frecuencia. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples. 29

TIPOS DE SONIDOS SÓNICOS INFRASÓNICOS ULTRASÓNICOS 30

1. Sonidos Sónicos: Todos aquellos sonidos que somos capaces de escuchar los seres humanos, se denominan sonidos sónicos. Estos sonidos tienen una frecuencia comprendida en el rango de 20 hz a 20000 hz (veinte a veinte mil hertz). En otras palabras, son los sonidos audibles al ser humano. 31

2. - Infrasonidos, los cuales podemos definirlos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz. 32

ULTRASONIDO Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 Khz (20000 hz). aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias. 3. - 33

Los murciélagos en sus vuelos nocturnos se guían con los ultrasonidos que emiten para no chocar contra los objetos que se encuentran a su paso. 34

El efecto Doppler -El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. -Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo. Por la parte posterior quedan más separadas, longitud de onda más grande igual a sonido más grave 35

INSTRUMENTOS MUSICALES Las vibraciones en una cuerda de violín producen ondas sonoras en el aire. Las frecuencias características se basan en la longitud, masa y tensión del alambre. 36

ONDA ESTACIONARIA 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. ). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de 37 los

RESONANCIA SONORA ONDAS SONORAS Las vibraciones de un diapasón de frecuencia f situado cerca del extremo de un tubo abierto producen ondas sonoras en su interior que, al reflejarse en el interior del tubo, pueden producir la superposición de la onda incidente y la reflejada y dar lugar al establecimiento de ondas estacionarias. Cuando se genera la onda estacionaria, se produce una resonancia en el interior del tubo y nuestro oído es capaz de percibir la onda sonora. La mayoría de los instrumentos de viento emiten sonidos por un mecanismo similar al descrito. 38

ONDAS SONORAS RESONANCIA SONORA TUBO CERRADO POR UN EXTREMO n=0 primer armónico La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea: n=1 segundo armónico n=2 tercer armónico 39

POSIBLES ONDAS PARA TUBO CERRADO Fundamental, n = 1 L 1 er sobretono, n = 3 2 o sobretono, n = 5 3 er sobretono, n = 7 Sólo se permiten los armónicos nones: 40

ONDAS SONORAS RESONANCIA SONORA TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS n=1 primer armónico La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea: n=2 segundo armónico n=3 tercer armónico 41

POSIBLES ONDAS PARA TUBO ABIERTO Fundamental, n = 1 L 1 er sobretono, n = 2 2 o sobretono, n = 3 3 er sobretono, n = 4 Para tubos abiertos son posibles todos los armónicos: 42

COLUMNAS DE AIRE EN VIBRACIÓN Tal como para una cuerda en vibración, existen longitudes de onda y frecuencias características para ondas sonoras longitudinales. Para tubos se aplican condiciones de frontera: El extremo abierto de un tubo debe se un antinodo A en desplazamiento. El extremo cerrado de un tubo debe ser un nodo N en desplazamiento. Tubo abierto A A Tubo cerrado N A 43

EVALUACIÓN DEL MÓDULO DE ONDAS SONORAS 1. EL SIGUIENTE DIBUJO ILUSTRA LA PROPAGACIÓN DE ESTE TIPO DE ONDA A) ELÉCTRICA B) TRANSVERSAL C) LONGITUDINAL D) SONORA 2. ASÍ SE LLAMA A LA PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA POR MEDIO DE UNA PERTURBACIÓN EN UN MEDIO EN LUGAR DEL MEDIO EN SÍ. A) MOVIMIENTO ONDULATORIO B) TRANSMISIÓN DE ELECTRICIDAD C) TRANSMISIÓN TÉRMICA D) LONGITUD DE ONDA 44

3. QUÉ NOMBRE SE LE DA A LA DISTANCIA COMPRENDIDA ENTRE LAS DOS FLECHAS, EN EL DIBUJO DE ABAJO. A) FRECUENCIA B) ONDA C) OLA D) LONGITUD DE ONDA 4. ES EL NÚMERO DE ONDAS QUE PASAN POR UN PUNTO EN PARTICULAR EN UNA UNIDAD DE TIEMPO. A) FRECUENCIA B) ONDA C) OLA D) LONGITUD DE ONDA 45

5. QUÉ VIAJA POR EL ESPACIO A MAYOR VELOCIDAD? A) EL SONIDO B) LA LUZ 6. ONDAS TRANSVERSALES. (indique si es A o B ) A) B) 46

7. TIPO DE ONDA EN DONDE LA VIBRACIÓN DE LAS PARTÍCULAS ES PERPENDICULAR A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA. A) ONDA LINEAL B) ONDA TRANSVERSAL C) LONGITUD DE ONDA D) FRECUENCIA 8. LAS ONDAS DE SONIDO QUE TIENEN FRECUENCIAS POR ARRIBA DEL INTERVALO AUDIBLE SE LLAMAN …. . A) INFRASÓNICAS B) ULTRASÓNICAS C) ONDAS AUDIBLES D) LONGITUD DE ONDA 47

9. SI DECIMOS QUE LA FRECUENCIA DE UNA ONDA ES: 50 Hertz, SIGNIFICA QUE …. A) PASAN 50 ONDAS POR UN PUNTO EN UN SEGUNDO B) PASAN 50 SEGUNDOS DESPUÉS DE PASAR UNA ONDA C) EL SONIDO SE MUEVE A 50 SEGUNDOS POR ONDA D) LAS ONDAS SE MUEVE A 50 ONDAS CADA 50 SEGUNDOS 10. EN LAS ONDAS LONGITUDINALES LA VIBRACIÓN DE LAS PARTICULAS INDIVIDUALES ES ………. . A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA A) PERPENDICULAR B) PARALELA C) ONDULATORIA D) ANTIPARALELA 48