BLOQUE 3 SONIDO Y LUZ

ONDAS MECANICAS

Es una perturbación que se repite en forma periódica en el espacio y tiempo y que se transfiere de forma progresiva de un lugar a otro, sin transporte neto de materia.


EJEMPLO:
Cuando tomamos una cuerda atada a un extremo y movemos nuestra mano de abajo hacia arriba aprovecharemos un impulso el cual se desplazará hacia el extremo se encuentra atada. Si en el centro de la cuerda fijamos un trozo de listón de color y movemos nuestra mano repetidas veces de abajo hacia arriba , generaremos una onda periódica notando que la marca fijada no se transporta hacia el otro extremo de la cuerdas, sólo se elevará y el pulso continuará su camino.

Cuando la perturbación se provoca una sola vez, la onda se llama pulso, por el contrario si se repite continuamente (por ejemplo al subir o bajar rápidamente la mano con una cuerda), se forma lo que se conoce como un tren de onda, y si la perturbación se repite regularmente en intervalos iguales, se obtiene una onda periódica. Como se observa en las siguientes imágenes:

TIPOS DE ONDAS.

LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES

Una onda longitudinal es aquella en el que las partículas del medio material vibran paralelamente en la dirección de propagación de la onda.

Las ondas que se generan al comprimir una zona de un resorte estirado y luego soltarlo son de tipo longitudinal.

En las ondas de tipo transversal las partículas del medio material vibran perpendicularmente en la dirección de propagación de la onda.

CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS

Todas las ondas periódicas tienen varias características en común y que describiremos a continuación:

La parte más elevada de una onda se llama: cresta.

La parte más más baja se denomina Valle.

La distancia que hay entre dos frentes de ondas, ya sea entre dos crestas o dos valles se llama longitud de onda. 

Al número de ondas o ciclos que pasa por un punto determinados en un segundo se llama frecuencia.

Y se mide en hertz, ciclos/segundo.

El tiempo en el que la onda tarda en dar un ciclo completo se llama periodo.

Se mide en segundos y se presenta con T.

El punto donde la onda se cruza con la línea de equilibrio se denomina nodo. 

La distancia que existe entre cualquier punto de una onda desde su posición con la línea de equilibrio se llama elongacion.

A la máxima elongacion de la onda desde su posición de equilibrio se llama amplitud de onda.

INTERFERENCIA DE ONDAS

Cuando dos ondas se encuentran ocurre un fenómeno que se denomina superposición de ondas o interferencia.

Cuando se superponen ondas.periodicas, puede ocurrir que en algún punto coincidan las cresta o los valles, en dicho caso se dice que las ondas llegan en fase a dicho punto. En caso contrario se dice que hay diferencia de fase.

INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA Y DESTRUCTIVA

Cuandos las ondas que están en fase, la amplitud va a aumentar y en este caso se tendría una interferencia constructiva.

Si las.similitudes que se superponen son iguales y simetricas, la amplitud resultante es nula, quedando una línea únicamente. A este tipo de interferencia se le llama interferencia destructiva.

Consideremos que en una Cuba de onda (dispositivo para ver los patrones de la onda) generamos dos pulsos simultáneos periódicamente sobre la superficie del agua, en cada punto creamos una fuente de ondas circulares y además están en fase. En los lugares qn que coincide una cresta proveniente de una de las fuentes con un Valle que provenga de la otra, se tiene una interferencia destructiva y el agua casi no se agita a lo largo de ciertas líneas. Resiviendo el nombre de líneas nodales.

REFLEXION

La reflexión de las ondas mecánicas también se puede observar en ondas planas, que son aquellas que se propagan en una misma direccion. Se pueden observar el fenómeno de.reflexión de las ondas planas al producir estas en un tanque de agua o una cuba de ondas.

REFRACCIÓN

Cuando una onda pasa de un medio a otro de distinta densidad, o bien cuando el medio es el mismo, pero se encuentra en diferentes situaciones, la velocidad de la onda cambia y se produce el fenómeno de refracción.

DIFRACCIÓN

Cuando una onda se propaga en la superficie de un líquido, al encontrar una barrera, una parte de la onda se refleja y la otra parte rodea la barrera, cuando esto sucede decimos que hay una difracción.

Si en lugar de colocar una barrera en el camino de la onda, ponemos dos de tal manera que quede una abertura entre ellas, es de esperarse que las ondas se doblen por ambos lados. Es importante observar que la difracción es más perceptible para longitudes de ondas grandes, las ondas cuya longitud de onda es pequeña en comparación con la abertura, se deforman un poco y la difracción se observa menos.

SONIDO

EL SONIDO Y PRODUCCION DE LAS ONDAS SONORAS.

Los fenómenos sonoros están relacionados con las vibraciones de los cuerpos materiales. Cada vez que escuchamos un sonido, hay un cuerpo material que vibra y produce.este fenómeno.

Por ejemplo:

La voz de una cantante se.produce al hacer vibrar sus cuerdas vocales, en instrumentos como el violin, el contrabajo y el violonchelo se.escuchan al hace vibra sus cuersas. Todos estos cuerpos son fuentes sonoras, que al.vibrar producen ondas que se propagan en un medio material (sólido, líquido o gaseoso) situado entre aquellos y nuestro oído. Al penetrar en el órgano auditivo, dichas ondas producen vibraciones que causan las sensaciones sonoras.

Las ondas sonoras también constituyen una distracción demasiado irritante, el ruido.

Se convierten en lenguaje, música o ruido sólo cuando nuestro oído las percibe como perturbaciones.

Para que un ser humano pueda percibir una onda sonora se requiere que la frecuancua de vibraciones de las ondas se encuentre entre los 20Hz y los 20000Hz. A este intervalo de frecuencia máxima y mínima se le.denomina región audible de frecuencia del sonido ya que fuera de estos límites una persona no podrá percibir ningún sonido.

Por otro lado las frecuencias superiores a los 20000Hz se les denomina ultrasonidos, mientras que las frecuencias inferior a los 20Hz se les denomina infrasonidos. Deacuerdo a lo anterior, el sonido es una onda longitudinal que se propaga en el aire y cuya frecuencia se encuentra comprendida entre los 20Hz y 20000Hz.

Medios de transmisión del sonido

La mayor parte de los sonidos que escuchamos se transmiten en el aire. Sin embargo para que  una sustancia pueda vibrar se requiere que esta tenga la propiedad ser elástica. De esta manera un sólido, un líquido o un gas puedan transmitir el sonido. La elasticidad es la propiedad de un material de cambiar de forma como respuesta a una fuerza aplicada, para después regresar a su forma inicial cuando se retira la fuerza de distorsión.

La mayoría de los sonidos que escuchamos se propagan a través del aire ya que es un medio material muy elástico y llegan a nuetros oídos por este medio. A diferencia de las ondas de luz el sonido no se propaga en el vacío; es decir, una persona no percibirá  ningún sonido si no existe un medio material entre un cuerpo en vibración y su oido.

¿COMO FUNCIONA EL OÍDO?

La audición empieza cuando las.ondas sonoras que se transmiten por el aire alcanza el oído externo. Este capta las vibraciones sonoras y las envía al oído medio a través del conducto auditivo externo. El oído medio contiene el timpano (capa fina de tejido) y tres huesos diminutos (cadena de huesecillos). El sonido hace vibrar el tímpano y la va de nada de huesecillos amplifica esta vibraciones y las transfiere al oído interno. Este consta de una cavidad en forma de Caracol que esta llena de líquido y recubierta por cuatro filas de diminutas células ciliadas. Cuando las vibraciones avanzan por el líquido, las células ciliadas externas se contraen y amplificación el sonido.

Cuando las vibraciones son lo bastante grandes, las células internas las traducen a impulsos nerviosos eléctricos y envían esta información al nervio vestibulococlear o auditico, que manda señales al cerebro para que este las interprete como sonidos.

CUALIDADES DEL SONIDO

Las cualidades del sonido son intensidad, tono y timbre.

Intencidad: es la cualidad del sonido que nos permite saber si un sonido es débil o fuerte.

Sus unidades (potencia/área) son Watts por metro cuadrado (W/n2).

En la.siguiente tabla se muestran las intensidades de diferentes situaciones en la vida cotidiana expresados en decibeles.

Tono: La cualidad del sonido que nos permite distinguir los sonidos graves (bajos) de los agudos (altos).

Timbre: es la cualidad que nos permite distinguir dos sonidos de igual amplitud e igualmente frecuencia emitidos por dos personas distintas o dos instrumentos musicales diferentes.

LA VELOCIDAD DEL SONIDO

La velocidad del sonido depende de la temperatura y la presión del medio, así que puede variar según el clima.

La velocidad del sonido eñe le aire aumenta 0.61 m/s. por cada grado centígrado de elevación de temperatura.

EFECTO DOPPLER

El cambio aparente de frecuencia que percibe un observador respecto a una fuente sonora en movimiento.

Ejemplo:

Cuando ha ocurrido un accidente en la calle, y si estamos exactamente en el lugar donde ocurrió, a lo lejos podemos escuchar el sonido de la sirena de una ambulancia que se acerca. Cuando llega, recoge a la persona herida y se aleja el sonido va disminuyendo hasta que se pierde. Si la frecuencia cuando esta parada escucharemos un sonido con un tono mayor cuando se acerca y una frecuencia menor cuando se aleja.

Esta variación de la frecuencia de una onda provocada por el movimiento de la fuente (ambulancia) o por el movimiento del observador fue analizada por el físico austríaco Christian Doppler en honor al cual lleva su nombre.

REFLEXION DEL SONIDO

En un eco el sonido se vuelve a oír después de cierto tiempo. El sonido se refleja al llegar a la superficie y cuando la onda reflejada llega hasta el oído se vuelve a oír el sonido producido.

EL ECO Y REVERBERACION COMO FENOMENOS ASOCIADOS A LA REFLEXIÓN

El eco es un fenómeno consecuencia propia de la reflexión del sonido y consiste en volver a escuchar el sonido emitido frente a un obstáculo.

ULTRASONIDO

Los aparatos de ultrasonidos basan su funcionamiento de la denominada pizoelectricidad, fenómeno que consiste en producir electricidad en cristales de cuarzo cuando son sometidos a presiones y deformaciones mecanicas.

Existen muchas aplicaciones prácticas del ultrasonido. Como el ultrasonido pie de viajar por kilómetros debajo del agua, se utiliza un instrumento llamado Sonar.

RESONANCIA

Es el fenómeno que sucede cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas de un objeto coincide con la frecuencia natural del mismo, y produce un aumento de la amplitud, es decir, cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia.

Este fenómeno se aplica en las cajas de resonancia de los.instrumentos de curada como las.guitarras, violines, contrabajos, etc.

           

REVERBERACION

Fenómeno provocado por la reflexión del sonido, que consiste en la reflexión múltiple del sonido, por las paredes, el pido y el techo de un recinto cerrado y que da como resultado que continúa escudándose, aunque amortuguado, durante un tiempo.

LA REFRACCION DEL SONIDO

La desviación de las.ondas sonoras en las capas de aire a diferentes temperaturas se le llama refraccion. El fenómeno que se puede observar de varias maneras, se debe a la mayor velocidad del sonido en el aire caliente que en el frío.

LA DIFRACCION DEL SONIDO 

Este fenómeno es evidente en las ondas de longitud de onda larga y esto se aplica, naturalmente, al caso particular de las.ondas sonoras sonoras.

Se puede comprobar al escuchar atentamente la música que proviene de la bocina, desde diferentes posiciones, los tonos más agudos, que son los de mejor frecuencia, se oyen más débiles a los costados de la bocina que al frente de ella, en tanto que los tonos graves conservan su intensidad en cualquier dirección, le dan vueltas a la bocina.

La difracción del sonido es un fenómeno sumamente importanye, porque nos permite usar el sonido como un medio de comunicación aún en presencia de un gran número de obstáculos.