LA NATURALEZA Y EL SONIDO Asignatura FSICA Unidad

LA NATURALEZA Y EL SONIDO Asignatura: FÍSICA Unidad: MATERIA Y SUS TRANSFORMACIONES: EL SONIDO Curso: 1º Medio Clase 2 María Eugenia Villaseca R.

Objetivo de la clase: Describir el origen, formación y transmisión de una onda http: //www. youtube. com/watch? v=jz. QSJsjtr. Ak http: //www. youtube. com/watch? v=LNI 3 hv 1 v. X 3 I

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.

Clases de ondas • Mecánicas: Necesitan un medio material para su propagación. • Electromagnéticas: no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vacío).

Clases de ondas • Longitudinales: El medio se desplaza en la dirección de la propagación. El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

Clases de ondas • Transversales: El medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de la propagación. Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

• 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.

Elementos de una onda transversal Cresta Amplitud Valle Longitud de onda

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.

Elementos del movimiento ondulatorio • Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones por segundo. • Se mide en hertzios (Hz) • 1 Hz = una oscilación en 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. )

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

Elementos del movimiento ondulatorio de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. Se mide en metros • Longitud • Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la que se propaga. ØRecordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x período. ØSi 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

El Sonido • El Sonido se propaga mediante ondas 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 1. 600 m/s En la madera es de 3. 900 m/s En el acero es de 5. 100 m/s

LA NATURALEZA Y EL SONIDO Asignatura: FÍSICA Unidad: MATERIA Y SUS TRANSFORMACIONES: EL SONIDO Curso: 1º Medio Clase 7

Objetivo de la clase: Describen e identifican interacciones de las ondas sonoras con la materia http: //www. youtube. com/watch? v=w. Fy. Dp. Sn. RXp. Y http: //www. youtube. com/watch? v=ORg. FE-QQM 2 w http: //www. youtube. com/watch? v=Yd. Omge. Zaiu. U

RESONANCIA: Situación en la que un sistema mecánico, estructural o acústico vibra en respuesta a una fuerza aplicada con la frecuencia natural del sistema o con una frecuencia próxima. La frecuencia natural es aquella a la que el sistema vibraría si lo desviáramos de su posición de equilibrio y lo dejáramos moverse libremente. Si se excita un sistema mediante la aplicación continuada de fuerzas externas con esa frecuencia, la amplitud de la oscilación va creciendo y puede llevar a la destrucción del sistema. El hundimiento del puente colgante de Tacoma Narrows en Puget Sound, Washington (EEUU), en 1940, causado por vibraciones con la frecuencia natural de la estructura producidas por el viento.

REFLEXIÓN: Se da cuando una onda retorna al propio medio de propagación tras incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energía, como la luz o el sonido, se transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo normal es que parte de la energía penetre en el segundo medio y parte sea reflejada. Las superficies rugosas reflejan en muchas direcciones, y en este caso se habla de reflexión difusa. Para reflejar un tren de ondas, la superficie reflectante debe ser más ancha que media longitud de onda de las ondas incidentes. La reflexión regular se da cuando la dirección de la onda reflejada está claramente determinada y cumple dos condiciones: • El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ángulo con la normal, esto es una línea perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia. • El rayo reflejado está en el mismo plano que el rayo incidente y la normal. Los ángulos que forman los rayos incidente y reflejado con la normal se denominan respectivamente ángulo de incidencia y ángulo de reflexión.

En la imagen de la izquierda se muestra la reflexión de una onda de un medio de alta densidad a otro de baja densidad. En la imagen de la derecha se indica el proceso contrario.

ECO: • Repetición del sonido, producido por la reflexión del sonido en un objeto • Es una onda sonora reflejada. • El intervalo de tiempo entre la emisión y la repetición del sonido corresponde al tiempo que tardan las ondas en llegar al obstáculo y volver. Generalmente el eco es de representación débil porque no todas las ondas del sonido original se reflejan. Los ecos escuchados en las montañas se producen cuando las ondas sonoras rebotan en grandes superficies alejadas más de 30 m de la fuente.

El Sonido 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.

Efecto Doppler Ondas con fuente de sonido en reposo

Efecto Doppler Ondas con fuente de sonido en movimiento

Efecto Doppler Ondas con fuente de sonido igualando a la velocidad del sonido

El móvil que supera la velocidad del sonido es un “supersónico”. En ese momento se produce un estampido debido a la compresión a que está sometido el aire

Otros ejemplos de superación de la barrera del sonido Auto a 1, 4 Mach Transbordador espacial superando la barrera del sonido

LA NATURALEZA Y EL SONIDO Asignatura: FÍSICA Unidad: MATERIA Y SUS TRANSFORMACIONES: EL SONIDO Curso: 2º Medio Clase 8

Objetivo de la clase: Describen e identifican interacciones de las ondas sonoras con la materia http: //www. youtube. com/watch? v=3 MNWPSd. Vux. I http: //www. youtube. com/watch? v=Ql_B 4 z 3_M 10 http: //www. youtube. com/watch? v=A-ag. V-vset. I http: //www. youtube. com/watch? v=SDo-1 e 12 zns

REVERBERACION: - Persistencia del sonido tras la extinción de la fuente sonora debido a las múltiples ondas reflejadas que continúan llegando al oído. - Es la continua vuelta del sonido causada por efectos de acústica ambiental. - El sonido producido en una habitación normal se ve algo modificado por las reverberaciones debidas a las paredes y los muebles; por esta razón, un estudio de radio o televisión debe tener un grado de reverberación moderado para conseguir una reproducción natural del sonido. - Para lograr las mejores cualidades acústicas, las salas deben diseñarse de forma que reflejen el sonido lo suficiente para proporcionar una calidad natural, sin que introduzcan una reverberación excesiva en ninguna frecuencia, sin que provoquen ecos no naturales en determinadas frecuencias y sin que produzcan interferencias o distorsiones no deseables.

REVERBERACION: - El tiempo que necesita un sonido para disminuir su intensidad original un millón de veces se denomina tiempo de reverberación. - El tiempo de reverberación de un ambiente depende de la absorción de sus elementos: - a) cuando son muy absorbentes, el tiempo es pequeño y se dice que la sala es sorda. - b) Si los elementos son reflectores, el tiempo es muy grande y los sonidos se percibirán entremezclados y confusos; entonces de dice que la sala es resonante. - La reverberación determina la buena acústica de un ambiente. Su eliminación se logra recubriendo las paredes de materiales, como corcho, que absorben las ondas sonoras e impiden la reflexión.

REVERBERACION: - En su aplicación de las ecografías se producen cuando el haz de ultrasonido incide sobre una interfase que separa dos medios de muy diferente impedancia acústica, como por ejemplo entre un sólido ecogénico y gas en el tubo digestivo o entre sólido y hueso. - Cola de cometa: Ocurre cuando el haz de ultrasonido choca contra una interfase estrecha y muy ecogénica apareciendo detrás de esta interfase una serie de ecos lineales. Es muy característico de los adenomiomas de la pared de la vesícula biliar, cuerpos extraños muy ecogénicos y también pequeñas burbujas de aire en el seno de un medio sólido.

Impedancia La impedancia acústica está relacionada a la propagación de ondas sonoras en un medio acústico • Resistencia que opone un medio a las ondas que se propagan sobre este • Esta relacionada a la propagación de ondas sonoras en un medio acústico • Juega un rol muy importante en cuestiones de reflexión y transmisión de sonidos entre dos medios • Para que haya una buena transmisión es necesario que la impedancia de los medios contiguos sean casi iguales, si son muy diferentes la mayor parte de la energía es devuelta por reflexión

INTERFERENCIA: - Puede existir más de una vibración u onda en el mismo espacio al mismo tiempo. Si se arrojan dos piedras al agua, las ondas que produce cada una pueden superponerse y formar un patrón de interferencia. En este patrón los efectos de las ondas se pueden incrementar, reducir o neutralizar. - Cuando la cresta de una onda se superpone a la cresta de otra, los efectos individuales se suman. El resultado es una onda de mayor amplitud. A este fenómeno se le llama interferencia constructiva, en donde las ondas están en fase. - Cuando la cresta de una onda se superpone al valle de otra, los efectos individuales se reducen. La parte alta de una onda llena simplemente la parte baja de la otra. A esto se le llama interferencia destructiva, donde las ondas están fuera de fase. - La interferencia es un fenómeno característico de todo movimiento ondulatorio, trátese de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz.

INTERFERENCIA: - La interferencia de ondas de luz causa, por ejemplo, las irisaciones (brillo como los colores del arco iris) que se ven a veces en las burbujas de jabón. - La luz blanca está compuesta por ondas de luz de distintas longitudes de onda. Las ondas de luz reflejadas en la superficie interior de la burbuja interfieren con las ondas de esa misma longitud reflejadas en la superficie exterior. - En algunas de las longitudes de onda, la interferencia es constructiva, y en otras destructiva. Como las distintas longitudes de onda de la luz corresponden a diferentes colores, la luz reflejada por la burbuja de jabón aparece coloreada. Dos ondas se propagan en la misma dirección, con igual frecuencia, amplitud y longitud de onda. La diferencia de fase entre ambas varía con el tiempo, por lo que se pueden apreciar tanto la interferencia constructiva como la destructiva. Cuando las dos ondas grises están en fase el resultado es una amplitud mayor; cuando están fuera de fase se neutralizan y la amplitud es cero.

- Las ondas de radio interfieren entre sí cuando rebotan en los edificios de las ciudades, con lo que la señal se distorsiona. - Cuando se construye una sala de conciertos hay que tener en cuenta la interferencia entre ondas de sonido, para que una interferencia destructiva no haga que en algunas zonas de la sala no puedan oírse los sonidos emitidos desde el escenario. - Arrojando objetos al agua estancada se puede observar la interferencia de ondas de agua, que es constructiva en algunos puntos y destructiva en otros. Es el mismo caso que el anterior, pero ahora las ondas viajan en sentidos contrarios, formando una onda estacionaria que alterna su amplitud entre cero y el valor máximo.