Transcript SONIDO PREICFES.

PREICFES DE FÍSICA
FENÓMENOS
ONDULATURIOS
COLEGIO CRISTIANO LA ESPERANZA
FELIX ORTIZ TAMAYO
MOVIMIENTO ONDULATORIO
El movimiento ondulatorio se mide por la
frecuencia, es decir, por el número de ciclos u
oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de
frecuencia es el hertz (Hz), que equivale a un ciclo
por
segundo.
Una onda es una perturbación que avanza o que
se propaga en un medio material o incluso en el
vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las
perturbaciones que pueden originarlas, todas las
ondas tienen un comportamiento semejante. El
sonido es un tipo de onda que se propaga
únicamente en presencia de un medio que haga
de soporte de la perturbación.
Algunas
clases
de
ondas
precisan
para
propagarse de la existencia de un medio material
que haga el papel de soporte de la perturbación;
se denominan genéricamente ondas mecánicas.
El sonido, las ondas que se forman en la
superficie del agua, las ondas en cuerdas, son
algunos ejemplos de ondas mecánicas y
corresponden a compresiones, deformaciones y,
en general, a perturbaciones del medio que se
propagan a través suyo. Sin embargo, existen
ondas que pueden propasarse aun en ausencia
de medio material, es decir, en el vacío. Son las
ondas
electromagnéticas
o
campos
electromagnéticos viajeros; a esta segunda
categoría pertenecen las ondas luminosas.
CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS
En función del medio en el que se propagan
Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un
medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para
propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor
de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de
materia a través del medio.
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. Las ondas electromagnéticas
viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km
por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser
agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento
es conocido como Espectro Electromagnético, objeto
que mide la frecuencia de las ondas
Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son
perturbaciones que alteran la geometría misma del espaciotiempo
En función de su propagación o frente de onda
Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son
aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del
espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas.
Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se
propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en
cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se
denominan también ondas superficiales.
Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se
propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se
conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes
de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de
perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido
es una onda tridimensional.
En función de la dirección de la perturbación
Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan
porque las partículas del medio se mueven (ó vibran)
paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por
ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda
longitudinal.
Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan
porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a
la dirección de propagación de la onda.
En función de su periodicidad
Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se
produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.
Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da
aisladamente o, en el caso de que se repita, las
perturbaciones sucesivas tienen características diferentes.
Las ondas aisladas también se denominan pulsos.
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA
La velocidad de propagación de una onda
depende de la elasticidad del medio y de las
características inerciales de este, es decir no
depende de la amplitud. v  T

T es la tención de la cuerda o el fuelle
µ es la masa por unidad de longitud µ=m/l
En general la onda se desplaza realizando un
movimiento uniforme
v=x/t
donde x
corresponde a la longitud de onda y t al periodo.
En general
v  f
PREICFES DE FÍSICA
ACUSTICA
COLEGIO CRISTIANO LA ESPERANZA
FELIX ORTIZ TAMAYO
ONDAS SONORAS
Concepto: Las ondas sonoras u ondas acústicas son ondas
mecánicas longitudinales (también denominadas ondas elásticas)
que se distribuyen en la materia (sólida, líquida o gaseosa) en las
tres dimensiones. No obstante podemos tomar en el espacio una
dirección desde la fuente de origen y analizarlas como ondas
unidimensionales.
La expresión ondas sonoras se debe a que parte de ellas –las que
están comprendidas en un espectro de frecuencias que va desde
los 20 Hz a los 20.000 Hz- pueden ser escuchadas por el oído
humano, y constituyen lo que se llama sonido, o intervalo audible
de las ondas sonoras. Las ondas sonoras que tienen frecuencias
por debajo del intervalo audible se denominan ondas infra sónicas
o infrasonido. Las ondas sonoras que tienen frecuencias por
encima del intervalo audible se denominan ondas ultrasónicas o
ultrasonido.
La manifestación de las ondas sonoras en medios fluídos
se produce a partir del movimiento de las moléculas de
dicho medio, hacia uno y otro lado en la dirección de
propagación de la onda. Este movimiento molecular es
muy pequeño, y va produciendo regiones de compresión y
rarificación por lo que las ondas longitudinales se van
manifestando como pequeños cambios de presión en el
fluido considerado.
Los sonidos que el oído puede percibir, depende de la
variación de presión que el aire experimenta al
trasmitirlos. La máxima variación de presión que nuestro
oído puede tolerar es de 28 N/ m2
VELOCIDAD DEL SONIDO
En las ondas mecánicas, la velocidad de propagación es
función de las propiedades elásticas e inerciales.del
medio. Las ondas sonoras, como son ondas
longitudinales, la propiedad elástica está descripta en
cómo responde el medio a los cambios de presión, y esta
respuesta en el caso de los fluídos gaseosos se produce
con una variación de volumen. Como estas variaciones de
presión y de volumen se producen “demasiado rápido” en
relación a la conductividad térmica de los gases,
podemos decir que no se producen transferencias de
calor en estas variaciones de presión
γP
γRT
v

ρ
M
VELOCIDAD DEL SONIDO EN DIFERENTES
MEDIOS
A continuación detallaremos los valores de la velocidad de
propagación de las ondas sonoras en diferentes medios: Medio
fase temperatura [ºC] velocidad [m/s]
Aire gas - 0 - 331
Aire gas – 20 - 343
Helio gas - 0 - 965
Hidrógeno gas - 0 - 1270
Oxígeno gas - 0 - 317
Vapor de agua gas - 100 - 405
Agua líquido - 0 - 1402
0
Agua líquido - 20 - 1482
Agua de mar líquido - 13 - 1500
Aluminio sólido - 6300
Acero sólido - 6100
Vidrio (Pyrex) sólido 5600
Hielo sólido - 3200
Corcho sólido - 500
m
v  v  0,6
.T
s.c
CUALIDADES DEL SONÍDO
El sonido tiene cuatro cualidades básicas:
CUALIDADES
EFECTOS
ALTURA
GRAVE/AGUDO
INTENSIDAD
FUERTE/DÉBIL
DURACIÓN
LARGO/CORTO
TIMBRE
COLOR


DURACIÓN
Esta cualidad está relacionada con el
tiempo de vibración del objeto. Por
ejemplo, podemos escuchar sonidos
largos, cortos, muy cortos, etc..
TIMBRE
Es la cualidad que permite distinguir
la fuente sonora. Cada material vibra
de una forma diferente provocando
ondas sonoras complejas que lo
identifican.
¿Eres capaz de distinguir el sonido de
una trompeta y de una flauta?

ALTURA O TONO

INTENSIDAD
Está determinada por la velocidad de vibración
del cuerpo. Medimos esta característica en
ciclos por segundos o Hercios (Hz). Los
humanos podemos percibir los sonidos
comprendidos entre 20Hz y 20.000Hz. Por
debajo tenemos los infrasonidos y por encima
los ultrasonidos.
Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o
débil. Está determinado por la cantidad de
energía de la onda. Los sonidos que percibimos
deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no
llegar al umbral de dolor (140 dB). Este
parámetro lo medimos con el sonómetro y los
resultados se expresan en decibelios (dB).
CLASIFICACIÓN DE LA INTENSIDAD

INTENSIDAD AUDITIVA: Depende del oído
relaciona la intensidad auditiva y la física
I
B  log

I0


donde I0 = 10-12 w/m2 o 10-16 w/cm2
Su unidad de medida es beles ó decibeles
INTENSIDAD FÍSICA: Es la cantidad de energía
que transporta una onda sonora, en la unidad de
tiempo, a través de una unidad de superficie.
P
I 
A
Su unidad de medida:
E
P 
t
E
I 
At
E
j
w
I 


2
At
m s
m2
FUENTES SONORAS

Cuerdas sonoras: es una cuerda sujeta en los
extremos que se hace vibrar
produciendo lo que gráficamente se
conoce como armónico.
v
v
f1 

1
2L
v
v 2v
f2 
 
2 L 2 L
v
v
3v
f3 


3 2 L 2 L
3
nv n T
fn  
n 2L 
FUENTES SONORAS



Tubos sonoros: son cavidades que
contienen aire y producen sonido al
hacer vibrar las moléculas encerradas.
Se clasifican en:
Tubos abiertos:
Tubos cerrados:
fn
nv

2L
nv n impar.
fn 
4L
EFECTO DOPPLER
I CASO
a) Fuente en reposo y observador se
acerca:
 v  v0 
f0  f 

 v 
b) Fuente en reposo y observador se aleja
 v  v0 
f0  f 

 v 
EFECTO DOPPLER
II CASO
a) Observador en reposo y fuente se
acerca:
 v
f0  f 
vv
f





b) Observador en reposo y fuente se aleja
 v
f0  f 
vv
f





EFECTO DOPPLER
III CASO
Observador y la fuente se mueven
simultáneamente:
O
f
 v  v0
f0  f 
vv
f

O




f
 v  v0
f0  f 
vv
f

o




f
 v  v0
f0  f 
vv
f

o
f

 v  v0
 f0  f 

vv
f






EJERCICIOS
PÁGINA 75 DEL MÓDULO