LA LUZ Y EL SONIDO. 2º ESO!

Transcripción

1 LA LUZ Y EL SONIDO. 2º ESO 1. Las ondas. La luz y el sonido forman parte de nuestra realidad cotidiana. De hecho, usamos un gran número de aparatos cuyo funcionamiento se basa en sus propiedades, como las gafas, las cámaras fotográficas, los instrumentos musicales o los equipos de música. La luz y el sonido se transmiten mediante ondas. La luz y el sonido se transmiten mediante ondas que propagan una vibración o perturbación. Imagina que tenemos una cuerda sujeta por un extremo y por el otro la agitamos de abajo a arriba. El movimiento de vaivén se propaga produciendo una deformación de la cuerda, a la que llamamos onda. Una onda, por lo tanto, consiste en la propagación de una vibración o perturbación. Esta vibración puede ser de naturaleza muy diversa, y se transmite a través del espacio u otro medio capaz de propagarla. Mediante una onda se transmite energía de un punto a otro pero no se transporta materia. Existen muchos tipos de ondas pero todas ellas se pueden agrupar según el medio en el que se propagan o según la dirección de la vibración. 1

2 En función del medio que necesitan para propagarse, pueden ser: Ondas mecánicas: necesitan un medio físico elástico para propagarse como el agua o el aire. Por ejemplo, el sonido. Ondas electromagnéticas: se pueden transmitir a través del vacío. Por ejemplo, la luz. Según la dirección de la vibración pueden ser: Ondas longitudinales: la dirección de la vibración coincide con la de propagación. Por ejemplo, las ondas sonoras o las de un muelle. Onda longitudinal donde las partículas se mueven en la misma dirección de la onda y crean zonas de compresión y de distensión. * Ondas transversales: la dirección de la vibración es perpendicular a la de propagación. Las ondas de luz o las que se forman en una cuerda son de este tipo (ver). 2

3 En una onda transversal las partículas se mueven en una dirección perpendicular a la de propagación de la onda Las características de las ondas. Las ondas tienen tres características importantes: La longitud de onda (que se expresa λ) es la distancia entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración de ondas consecutivas. La amplitud (cuyo símbolo es A) es la distancia vertical entre la altura máxima y el punto medio de la onda. La frecuencia (o f) es el número de ondas que pasan por un punto en un segundo. Se mide en hercios (Hz) Observa cómo se representan la longitud y la amplitud de una onda En el siguiente enlace encontrarás más información sobre las características de las ondas [ver]. 3

4 Actividad 1 Actividad 2 Actividad 3 Actividad 4 2. Las ondas de luz. La luz es energía que se transmite mediante ondas electromagnéticas que se propagan en línea recta, en todas las direcciones y viajan a gran velocidad por cualquier medio no opaco, y también en el vacío. Es emitida por una fuente luminosa y llega a nuestros ojos. Desde allí se envía un estímulo al cerebro que lo interpreta como una imagen. 4

5 Profundiza.La luz como onda electromagnética. Animación que describe las ondas electromagnéticas y el espectro electromagnético Onda electromagnética Propagación de la vibración de una carga eléctrica que genera un campo eléctrico y otro magnético. Estos campos no necesitan ningún medio para propagarse. Estas ondas propagan la radiación electromagnética. Longitud de onda Distancia mínima entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración, es decir entre dos máximos o mínimos seguidos. La longitud de onda se representa con la letra griega lambda (λ). Frecuencia Magnitud que mide el número de ondas que pasan por un punto en un segundo. Según el Sistema Internacional de Unidades (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz). Luz Onda electromagnética cuya frecuencia está dentro de lo que se denomina la zona de luz visible. Es la onda electromagnética que podemos ver a simple vista sin necesidad de ningún aparato ni filtros especiales. Rayos X Radiación electromagnética invisible capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir películas fotográficas. Se encuentran entre la luz ultravioleta y los rayos gamma. Son muy usados en el campo médico ya que permiten realizar fotografías del interior del cuerpo. Infrarrojos Radiación electromagnética, denominada radiación infrarroja o térmica, emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea superior a los 0 º K (-273,15 ºC). Se encuentra entre la luz visible y las microondas. Para ver los infrarrojos son necesarios unos filtros especiales. Las gafas de visión nocturna usan filtros de visión de infrarrojos. Ultravioleta Tipo de onda que se sitúa entre los rayos X y la luz visible. Recibe este nombre porque se mueve por el rango que identificamos como color violeta. Este tipo de onda proviene de los rayos solares y produce efectos sobre la salud ya que puede ocasionar daños en la piel. La luz ultravioleta se utiliza en los laboratorios para esterilizar objetos. Ondas de radio 5

6 Son las ondas menos energéticas del espectro electromagnético y se utilizan en las radiocomunicaciones, los radares, las resonancias magnéticas, etc. Consulta la información sobre la luz [ver] y el sonido [ver] en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta La propagación de la luz. La luz se propaga en línea recta, tal como lo demuestra la formación de sombras cuando incide sobre un objeto. Los rayos de luz viajan desde las fuentes luminosas, como el Sol o una bombilla, hasta los objetos y se reflejan en ellos. Gracias a ello, podemos verlos. Llamamos fuentes primarias a los objetos que emiten luz y fuentes secundarias a los que reflejan la luz proveniente de una fuente primaria. Las fuentes primarias, a su vez, pueden ser naturales, como el Sol, o artificiales, como la bombilla eléctrica. La luz se propaga tanto en el vacío como en los medios materiales. La velocidad de propagación varía según el medio. Por ejemplo, en el aire y en el vacío se transmite a una gran velocidad, de aproximadamente km/s. Cuánto tarda en llegar la luz del Sol a la Tierra? Conociendo la distancia entre la Tierra y el Sol ( km) y la velocidad de la luz en el aire y el vacío (unos km/s), lo calculamos así: # El resultado es de 8,3 minutos aproximadamente. Recuerda Si consideramos que la luz recorre la distancia d entre la Tierra y el Sol a una velocidad v constante, podemos usar la fórmula: v = d / t y despejar el tiempo t, es decir: t = d / v. 6

7 Actividad 5 Actividad 6 7

8 Actividad 7 Actividad 8 8

9 Actividad 9 Actividad 10 9

10 2.2. La luz y los objetos. La luz interacciona con los objetos y puede pasar a través de ellos o no. Así, distinguimos tres tipos de objetos o materiales en función de su comportamiento ante la luz: Los objetos transparentes dejan pasar la luz y permiten ver lo que hay detrás con nitidez. Por ejemplo: el aire, el cristal de una ventana, el agua limpia, etc. Los objetos traslúcidos dejan pasar parte de la luz, pero no permiten ver lo que hay detrás de forma clara. Por ejemplo: el cristal esmerilado, el agua turbia, una tela fina, etc. Los objetos opacos no dejan pasar la luz. Por ejemplo: una puerta de madera o una pared. Detrás de un objeto opaco se crean zonas de penumbra y de sombra, donde no llega la luz La sombra y la penumbra. Los objetos proyectan sombras y penumbras al ser iluminados. Esto es una consecuencia de la propagación rectilínea de la luz. La sombra aparece detrás del objeto y es la zona oscura donde no llega la luz. La penumbra es la zona menos oscura alrededor de la sombra, donde solo llega parte de luz. Cuanto más grande es el foco luminoso en relación al tamaño del objeto, mayor es la zona de penumbra y menor la de sombra. Podemos comprobarlo iluminando con una linterna objetos opacos de distinto tamaño y observando las sombras y penumbras que se forman. En la naturaleza existen numerosos fenómenos relacionados con la formación de sombras y penumbras, por ejemplo, en los eclipses. Como la luz se propaga en línea recta, cuando la Luna se coloca entre el Sol y la Tierra, proyecta su sombra sobre nuestro planeta, lo que da lugar a los eclipses de Sol. En cambio, si es la Tierra la que se sitúa entre el Sol y la 10

11 Luna, se produce un eclipse de Luna, es decir, esta queda dentro del cono de sombra proyectado por la Tierra y, por tanto, no se ve. Durante un eclipse de Sol (arriba), la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra, y la zona de sombra es muy reducida debido al pequeño tamaño de la Luna. En cambio, en el eclipse de Luna (abajo), la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna, y se crea una zona de sombra y de penumbra más grande que el diámetro lunar debido al mayor tamaño de la Tierra. Actividad 11 11

12 Actividad 12 Actividad 13 Actividad 14 Actividad 15 Actividad 16 12

13 Actividad Las propiedades de la luz. Los rayos luminosos cambian su dirección de propagación cuando inciden sobre un objeto opaco que no pueden atravesar. Decimos que se reflejan en su superficie. Cuando la luz se propaga de un medio transparente a otro, también se desvía. En este caso, se refractan La reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando un rayo luminoso incide sobre un objeto opaco y rebota propagándose en otra dirección. Todos los objetos absorben parte de la luz que reciben y reflejan el resto. Los espejos, en particular, la reflejan casi en su totalidad y proporcionan imágenes de gran nitidez. Si consideramos una línea imaginaria perpendicular a la superficie donde se refleja el rayo, los ángulos que forman el rayo incidente y el reflejado con esta línea resultan iguales. 13 Cuando la luz se refleja sobre una superficie pulida, el rayo incidente y el reflejado forman ángulos iguales con la línea perpendicular (o normal) a la superficie reflectora.

14 Según el tipo de superficie en el que incide el rayo de luz, se distinguen dos tipos de reflexión: La reflexión especular se produce cuando la luz se refleja en una superficie pulida, por ejemplo, un espejo. En el siguiente enlace del Proyecto Arquímedes puedes ver cómo se refleja la luz en los espejos y realizar las actividades propuestas [ver]. situaciones/situacion.php familia_id=5&ciclo_id=1&modulo_id=20&unidad_id=12&experiencia_id=100 La reflexión difusa, o difusión, se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos son desviados en todas las direcciones debido a la rugosidad de la superficie. Un papel, una pared o la superficie de una mesa difunden la luz y por eso vemos estos objetos. Recuerda Hay diferentes tipos de espejos: Los espejos planos forman imágenes del mismo tamaño que los objetos situados delante de ellos, simétricas, porque parecen estar a la misma distancia del espejo que el objeto, y derechas, porque conservan la misma posición que el objeto. Los espejos cóncavos, como los que usamos en el cuarto de baño para vernos "aumentados", forman una imagen de mayor tamaño que el objeto. Los espejos convexos, como los retrovisores de los automóviles, siempre forman una imagen reducida y derecha. 14 Este paisaje se refleja de manera nítida en el agua porque esta actúa como si fuera un espejo y se produce una reflexión especular. Si el agua estuviera en movimiento, la superficie sería irregular y se produciría una reflexión difusa.

15 3.2. La refracción de la luz. La refracción de la luz es el fenómeno por el cual un rayo de luz cambia su dirección de propagación al pasar de un medio transparente a otro. Por ejemplo, al pasar del aire al agua. Es por eso que, si observamos una cañita de refresco dentro de un vaso con agua, nos parecerá que está quebrada. Este fenómeno se debe a que la velocidad de la luz es distinta en cada medio material. Observa cómo se desvía la luz en diferentes medios en esta simulación de la página web Educaplus [ver]. La cañita de la imagen parece partida, debido a la refracción de la luz al pasar de un medio como el aire a otro como el agua. La refracción se observa, por ejemplo, en las lentes y los prismas. Las lentes tienen, como mínimo, una de sus dos caras curvas. Podemos distinguir dos tipos, convergentes y divergentes: Recuerda Las lentes convergentes: son más gruesas en el centro y tienen forma convexa. Hacen converger los rayos de luz que pasan a través, de modo que coincidan en un punto. Se utilizan en muchos instrumentos ópticos como las lupas y también para la corrección de la hipermetropía. 15

16 Las lentes divergentes: son más delgadas en el centro y tienen forma cóncava. Los rayos de luz se separan después de atravesar la lente. Se utilizan para corregir la miopía. Observa la trayectoria de los rayos luminosos en una lente convergente (izquierda) y en una divergente (derecha). El espejismo es un efecto debido a la refracción de la luz cuando atraviesa capas de aire a distinta temperatura. Los rayos de luz se refractan al pasar de una capa fría a una caliente y tenemos la sensación de ver reflejos de objetos distantes La reflexión total. Este fenómeno se produce cuando un rayo de luz pasa, por ejemplo, del agua al aire. Para un cierto ángulo de incidencia, llamado ángulo crítico, 16

17 la luz no se refracta sino que se refleja totalmente y queda atrapada en el agua. La reflexión total se aprovecha para conducir la luz en los cables de fibra óptica, donde el rayo entra por un extremo del cable y se refleja una y otra vez hasta salir por el otro extremo; de este modo, la energía se transmite sin pérdida. Un cable de fibra óptica. La luz incidente se transmite mediante sucesivas reflexiones en las paredes del cable, aprovechando el fenómeno de reflexión total. Así se puede guiar la luz por trayectorias curvas. En el siguiente enlace del blog Experimentos caseros de física y química, encontrarás un experimento sencillo para provocar la reflexión total de un rayo de luz [ver]. 17

18 Profundiza.La reflexión y la refracción de la luz Animación que describe los fenómenos de reflexión y refracción de la luz y algunas de sus aplicaciones prácticas. Reflexión Desviación de los rayos de luz que se produce cuando estos chocan contra una superficie reflectante. El rayo se refleja en el mismo plano y con el mismo ángulo con el que incide en la superficie. Refracción Desviación de los rayos de luz que se produce cuando los rayos pasan de un medio a otro y se siguen propagando en el medio. En el caso de la refracción, los rayos se refractan en el mismo plano, pero con ángulos diferentes. Tipos de ángulo Ángulo de reflexión Ángulo con el que se refleja el rayo de luz que coincide con el ángulo con el que el rayo de luz incide sobre la superficie. Ángulo de refracción Ángulo con el que se refracta el rayo de luz. Este ángulo depende del índice de refracción. Ángulo de incidencia Ángulo con el que el rayo de luz llega a la superficie en la que se refleja y/o refracta. Ángulo crítico Ángulo de incidencia que origina un ángulo de refracción de 90º. Siempre que el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico se produce una reflexión total interna del rayo. Tipos de rayos Rayo incidente Es el rayo que incide en el medio. Rayo reflejado Es el rayo que se refleja al interaccionar el rayo incidente con el medio. Rayo refractado Es el rayo que se refracta al interaccionar el rayo incidente con el medio. Índice de refracción Indica el grado de refracción de un medio ante los rayos incidentes. Este valor se obtiene al dividir la velocidad de la luz en el vacío por su velocidad al penetrar en el medio. 18

19 Espejismo Fenómeno óptico que se produce en los días muy calurosos. En esas circunstancias, hay una capa de aire menos densa y más caliente cerca de la superficie terrestre. Cuando los rayos de luz pasan de la capa de aire superior, más fría y densa, a la más caliente, se refractan debido a la diferencia de densidad y ofrecen una imagen invertida de los objetos. Consulta esta página web donde podrás experimentar con un simulador de reflexión y refracción en el que podrás variar los ángulos y los medios sobre los que se producen [ver]. Actividad La luz y los colores. Uno de los fenómenos más bonitos de la naturaleza es el arco iris, que se produce cuando la luz del Sol atraviesa las pequeñas gotitas de agua suspendidas en el aire, después de una lluvia. Las bandas de colores que se observan (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) forman el espectro visible. 19

20 Este mismo efecto se puede observar haciendo pasar un rayo de luz solar a través de un prisma triangular de cristal. Este fenómeno se denomina descomposición de la luz y demuestra que esta es una mezcla de diferentes colores, la combinación de los cuales produce la luz blanca. Cuando un rayo de luz blanca atraviesa un prisma de cristal, se descompone en todos los colores que lo forman debido al fenómeno de la refracción. Uno de los fenómenos más bonitos de la naturaleza es el arco iris, que se produce cuando la luz del Sol atraviesa las pequeñas gotitas de agua suspendidas en el aire, después de una lluvia. Las bandas de colores que se observan (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) forman el espectro visible. Este mismo efecto se puede observar haciendo pasar un rayo de luz solar a través de un prisma triangular de cristal. Este fenómeno se denomina descomposición de la luz y demuestra que esta es una mezcla de diferentes colores, la combinación de los cuales produce la luz blanca. 20

21 Cuando un rayo de luz blanca atraviesa un prisma de cristal, se descompone en todos los colores que lo forman debido al fenómeno de la refracción. De los siete colores del espectro visible, tres de ellos se denominan colores primarios: el verde, el azul y el rojo. Mezclando luz de estos tres colores, se pueden obtener el resto de los colores del espectro visible, y si se combinan de forma equilibrada se obtiene el blanco. Esta composición de colores se conoce como mezcla aditiva, y en ella se basan, por ejemplo, los televisores y pantallas de ordenador: con puntos luminosos (píxeles) de solo tres colores se obtienen todos los colores posibles. 21

22 La mezcla de luz de los tres colores primarios genera el blanco y las diferentes combinaciones entre dos de ellos crean el magenta, el amarillo y el cian. En los objetos que no emiten luz propia, los colores se obtienen por sustracción. Los objetos actúan como filtros que absorben una parte de la luz blanca que reciben y solo reflejan o dejan pasar la luz del color con que en realidad los vemos. Los colores primarios de la mezcla sustractiva son el cian, el amarillo y el magenta. En este caso, la mezcla de estos colores genera el negro. Combinación de los colores primarios en la mezcla sustractiva. 22

23 Profundiza. La luz blanca y los colores del espectro de luz visible Animación que presenta la luz blanca y su descomposición en los colores del espectro de luz visible Luz visible Onda electromagnética que se encuentra dentro del espectro visible por el ser humano y se puede ver a simple vista. Luz blanca Luz visible de color blanco que procede del Sol. Es el resultado de la unión de todos los colores luz básicos. Espectro visible Parte del espectro electromagnético visible por el ser humano que va de la longitud de onda de 400 a 700 nm. Arco iris Fenómeno natural que se da cuando los rayos solares atraviesan las gotas de agua contenidas en la atmósfera. La luz del Sol crea la aparición del espectro visible, formando un arco con todos los colores del espectro de luz visible con el rojo en la parte más exterior. Profundiza. El color Interactivo que permite combinar los colores básicos para crear todos los del espectro por mezcla aditiva y sustractiva. Colores luz básicos Son los colores que para crearse necesitan que se emita luz directamente desde algún tipo de iluminación. Conocidos también cómo síntesis aditiva de color, necesitan de luz roja, azul y verde para dar lugar a todos los colores del espectro. La unión de los colores luz básicos dan lugar al color blanco. Se conoce como sistema RGB (de red, green, blue) y es el usado en pantallas, iluminación, proyectores, etc. Mezcla aditiva de colores La mezcla aditiva de colores es otra forma de nombrar los colores luz básicos. Esta mezcla aditiva está formada por tres colores primarios que son el el rojo (R), el verde (G) y el azul (B). Al mezclarlos todos se obtiene el blanco. Si se mezclan los colores a pares, se obtienen los colores secundarios, que son el amarillo (rojo y verde), el cian (verde y azul) y el magenta (rojo y azul). Colores pigmento básicos 23

24 Son los colores que absorben unas longitudes de onda para reflejar otras. Los colores pigmento básicos son el cian, el magenta y el amarillo, y la unión de estos tres colores da lugar al negro. Se conoce también como el sistema CMYK (de cyan, magent, yellow, black o key) y son los colores de las pinturas, tintes y pigmentos. Mezcla sustractiva de colores La mezcla sustractiva de colores es otra forma de denominar a los colores pigmentos básicos. Los tres colores primarios de la mezcla sustractiva de color son el amarillo (Y), el cian (C) y el magenta (M). La mezcla de estos tres colores da lugar al color negro. Mira este vídeo sobre los colores pigmento en la página web de EducaThyssen, del Museo Thyssen-Bornemisza de Madrid [ver]. Actividad 19 Actividad 20 Actividad 21 Actividad 22 24

25 Actividad 23 Actividad 24 Actividad 25 Actividad 26 Actividad 27 Actividad 28 25

26 4. La visión en el ser humano. La luz que reflejan los objetos penetra en nuestros ojos e incide en la retina, donde se forma una imagen invertida de lo que miramos. Los conos y los bastones son las células de la retina encargadas de transformar este estímulo luminoso en impulsos eléctricos que se transmiten en el cerebro gracias a unas células y al nervio óptico. El ojo humano es un órgano complejo que se regula automáticamente y se adapta a la luminosidad y distancia adecuadas. Muchas afecciones de la vista, como la miopía, el astigmatismo y la hipermetropía, se corrigen usando lentes. 26 Las partes del ojo humano. En la retina se forma la imagen del objeto que observamos y el cerebro la interpretará correctamente.

27 Profundiza. La visión en los humanos Animación que describe los órganos que intervienen en la visión de los humanos y cómo se percibe el color a través de las células fotorreceptoras. Partes del ojo que captan la luz Retina Parte del ojo de los vertebrados sensible a la luz, donde se encuentran los fotorreceptores, células a través de las cuales los animales pueden ver. Fotorreceptores Células especializadas en captar la luz y emitir señales eléctricas que van al cerebro. Bastones Células fotorreceptoras de la retina encargadas de captar las tonalidades grisáceas cuando hay poca luz. Conos Células fotorreceptoras de la retina encargadas de captar los colores. Hay tres tipos de conos, uno para detectar cada color luz básico: - Azul. - Verde. - Rojo. Afecciones de la vista Daltonismo Defecto genético que afecta al funcionamiento de los fotorreceptores de la retina. Los daltónicos tienen problemas a la hora de diferenciar colores. Dependiendo de los fotorreceptores afectados no perciben bien unos u otros colores. Miopía Defecto de la visión en que la imagen se forma delante de la retina. Como consecuencia, la imagen que recibimos en el cerebro se ve borrosa. Los miopes tienen problemas para ver imágenes que estén a distancia. Para corregir la miopía se utilizan lentes divergentes. Hipermetropía Defecto de la visión en que la imagen se forma detrás de la retina. Como consecuencia, la imagen que recibimos en el cerebro se ve borrosa. Los afectados por la hipermetropía tienen problemas para ver imágenes que se encuentren cercanas. Para corregir la hipermetropía se utilizan lentes convergentes. Tipos de lentes 27

28 Lente convergente También conocida como lente convexa, su curvatura está hacia afuera, es decir, que la lente es más gruesa en el centro que en los extremos. Esta característica hace que los rayos que la atraviesan se concentren en un punto cercano. Lente divergente También conocida como lente cóncava, su curvatura está hacia adentro, es decir, que la lente es más gruesa en los extremos que en el centro. Esta característica hace que los rayos que la atraviesan se desvíen hacia el exterior. Amplía la información sobre el ojo y su funcionamiento con los esquemas, vídeos y actividades interactivas que te proponen en la página web del Proyecto Biosfera del Ministerio de Educación [ver]. Además, si quieres profundizar sobre el daltonismo puedes consultar esta página web en la que facilitan seis cartas de Ishihara [ver]. Actividad 29 Actividad 30 28

29 Actividad Las ondas sonoras. Cuando pulsamos la cuerda de una guitarra, esta realiza un movimiento de vaivén que llamamos vibración. Si apoyamos la mano con fuerza, la cuerda deja de vibrar y no suena. Por eso decimos que un sonido se produce a partir de la vibración de un objeto. Para que exista un sonido, se necesita: Una fuente sonora, es decir, un objeto que produzca vibraciones, como el motor de un coche o las cuerdas vocales. Un medio material que transmita esas vibraciones, como el aire. Un receptor que, en el caso de los humanos y el resto de los animales, es el oído. Por ejemplo, cuando hablamos, el aire que expulsamos hace vibrar las cuerdas vocales que actúan como fuente sonora. Esta vibración crea unas ondas sonoras que mueven el aire y transmiten el sonido en todas las direcciones hasta que llega al oído del receptor La propagación del sonido. El sonido se transmite mediante ondas mecánicas longitudinales. Por ello, necesita un medio material (gaseoso, líquido o sólido) para propagarse. Recuerda El vacío es la ausencia de aire. Algunos alimentos se venden envasados al vacío, lo que quiere decir que se extrae el aire del recipiente que los contiene. En el espacio interestelar el sonido no se propaga porque no hay atmósfera, es decir, no existe un medio material por el que pueda transmitirse. 29

30 Cómo se propaga el sonido a través de la materia? Cuando un objeto vibra, como la cuerda de una guitarra, da pequeños golpecitos a las partículas de aire que tiene a su alrededor y las obliga a moverse hacia delante y hacia atrás, antes de volver a su posición original. Cada partícula transmite este movimiento a la siguiente y así sucesivamente hasta llegar a las partículas de aire más próximas a la oreja. La velocidad de propagación del sonido depende de la proximidad de las partículas del medio. En los sólidos, el sonido se transmite con más rapidez que en los líquidos. Y en estos, a su vez, se propaga a mayor velocidad que en los gases. Por ejemplo, en el hierro el sonido se transmite a una velocidad de m/ s. En el agua viaja a una velocidad de m/s. Y en el aire, solo alcanza los 340 m/s Las características del sonido. Las propiedades del sonido son el tono, la intensidad y el timbre, y nos permiten distinguir los diferentes sonidos que escuchamos. Por el tono, o altura, diferenciamos entre sonidos agudos, como el de un silbato, y sonidos graves, como el de un trueno [ver]. El tono está asociado al número de vibraciones producidas por cada segundo, es decir, a la frecuencia, y se mide en hercios (Hz). Los sonidos agudos tienen una elevada frecuencia, mientras que los graves se caracterizan por su baja frecuencia.. El oído humano es capaz de percibir sonidos cuya frecuencia está comprendida entre los 25 y los Hz. Los de frecuencias inferiores a 25 Hz se llaman infrasonidos y no son percibidos por el oído. Los de frecuencias superiores a Hz se llaman ultrasonidos y tampoco son audibles. Sin embargo, algunos animales, como el murciélago, el delfín y la ballena pueden captar los ultrasonidos y los utilizan para comunicarse, localizar obstáculos o detectar presas. Por otro lado, la intensidad nos permite diferenciar entre sonidos fuertes, como el motor de un avión, y débiles o suaves, como el tic-tac de un reloj. La intensidad se asocia al volumen y mide de la presión 30

31 ejercida en el medio a causa de la propagación de la onda sonora. Se mide en decibelios (db). La escala de volumen empieza en 1 db, que es el umbral de audibilidad para el ser humano, es decir, la presión mínima que puede ser detectada por el tímpano. Al aumentar el volumen, aumenta la presión que ejerce sobre el tímpano; por tanto, a partir de cierto volumen, la percepción del sonido empieza a ser dolorosa. El umbral del dolor se sitúa en 120 db. Una conversación normal está alrededor de unos 40 db. El timbre permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando tengan el mismo tono e intensidad. Esta cualidad depende del objeto que emite el sonido. Así, por ejemplo, si un piano y una trompeta tocan la misma nota (con el mismo tono), es posible reconocer el sonido de cada instrumento gracias a su timbre distintivo. Profundiza. Las propiedades del sonido Animación que describe las propiedades físicas del sonido y de sus correlatos acústicos. Sonido Tipo de onda mecánica que se propaga longitudinalmente por un medio material a través de la vibración de las partículas. Esta vibración de las partículas llega a nuestros oídos y el cerebro lo procesa en forma de sonidos. Los sonidos tienen unas propiedades que son: - La amplitud de onda o intensidad. - La frecuencia o tono. - El timbre. Tono Propiedad del sonido que determina si un sonido es más agudo o más grave. El tono viene determinado por la frecuencia de las ondas sonoras. A mayor frecuencia, más agudo resulta el sonido. Intensidad Potencia acústica que tiene el sonido. A mayor amplitud de onda, más intensa es la onda sonora y, por lo tanto, más potente. Timbre Propiedad del sonido que permite distinguir, a través de los armónicos, dos sonidos con diferente emisor, aunque tengan la misma intensidad y tono. El timbre permite diferenciar entre los distintos instrumentos y voces. Armónicos 31

32 Ondas simples que se superponen en el oído para producir diferentes sensaciones sonoras y determinar el timbre del sonido. Onda mecánica Ondas que requieren de un medio material para transmitirse, es decir, que no se pueden transmitir en el espacio. Oído Órgano de los vertebrados encargado de captar el sonido y enviarlo al cerebro, que lo transforma en señales eléctricas que se interpretan como sonido. Tímpano Membrana elástica que se encuentra en el oído. Es la encargada de recibir las vibraciones sonoras del exterior para transmitirlas al oído. Allí se transforman en señales eléctricas que llegan al cerebro y se interpretan como sonidos. Profundiza tus conocimientos sobre el oído en la página web del Proyecto Biosfera del Ministerio de Educación, que te ofrece explicaciones, esquemas, animaciones y actividades interactivas [ver]. Consulta la página web de la Gran Enciclopedia Planeta sobre el sonido y sus propiedades [ver]. Actividad 32 32

33 Actividad 33 Actividad 34 Actividad 35 33

34 Actividad 36 Actividad 37 Actividad 38 34

35 Actividad 39 Profundiza. El oído y el equilibrio. Interactivo con animación incluida que profundiza sobre el sentido del oído, su estructura y funciones. El oído: sonido y equilibrio Los oídos tienen dos funciones: detectar los sonidos y la posición y los movimientos del cuerpo, es decir, ayudar a mantener el equilibrio. El oído se divide en tres zonas: - El oído externo, formado por: - El pabellón auricular, que recoge las ondas sonoras. - El conducto auditivo, que canaliza las ondas sonoras hasta el oído medio. - El oído medio, que comprende: - El tímpano o membrana que vibra con las ondas sonoras y transmite el sonido a la cadena de huesecillos. - La cadena de huesecillos (martillo, estribo y yunque), que transmite las vibraciones del tímpano al oído interno. - La trompa de Eustaquio o conducto que comunica el oído medio con la región nasofaríngea y permite igualar la presión a ambos lados del tímpano. - El oído interno, que comprende: - La cóclea o el caracol, el órgano de audición en cuyo interior se encuentran los mecanorreceptores, unas células ciliadas que detectan el movimiento que transmiten las ondas sonoras. - El utrículo y el sáculo, que son dos ensanchamientos unidos entre sí cuya función es controlar el equilibrio estático (utrículo) y el dinámico (sáculo). Están llenos de endolinfa y contienen células ciliadas que actúan como mecanorreceptores. Del utrículo parten los canales semicirculares. 35

36 - Los canales semicirculares, en los que se localiza el sentido del equilibrio. Contienen endolinfa para que su movimiento sea captado por las células ciliadas, que actúan como mecanorreceptores. - El nervio auditivo, formado por axones de las neuronas del caracol. Su función es conducir las sensaciones auditivas en forma de impulsos eléctricos al cerebro. El equilibrio Sentido que nos permite conocer nuestra posición y caminar erguidos. Se percibe mediante el sistema vestibular, formado por el utrículo y el sáculo, y los canales semicirculares. Estos sacos y canales están llenos de endolinfa que, según los movimientos de la cabeza, se desplaza por el interior. El cerebro interpreta la posición en que se encuentra la cabeza, y por asociación, el cuerpo, en función de los estímulos que las células ciliadas reciban por el movimiento de la endolinfa que las baña. Además, utiliza otros sentidos, como la visión, para determinar nuestra posición en el espacio. Amplía la información sobre el órgano y el sentido del oído en el Gran Artículo Temático [ver] y el Texto Escolar [ver] relacionados de la página web de la Gran Enciclopedia Planeta. Además, utiliza los textos, los esquemas, las animaciones y las actividades relacionadas sobre el oído del Proyecto Biosfera del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte [ver]. 36

37 Actividad Las propiedades del sonido. Al igual que la luz, el sonido interacciona con los objetos y las ondas sonoras experimentan la reflexión. Cuando se encuentran con un obstáculo en su camino, se reflejan y cambian de dirección volviendo al emisor. El eco se produce gracias a la reflexión de las ondas sonoras. Para que el cerebro pueda percibir la onda sonora original y la reflejada como dos sonidos separados, debe transcurrir, como mínimo, una décima de segundo desde que emitimos el sonido hasta que recibimos su repetición o eco. Si el tiempo transcurrido es menor, lo que percibimos es un sonido prolongado y confuso que se llama reverberación. Es lo que sucede cuando hablamos en voz alta en una habitación vacía. En las salas de conciertos, teatros y cines se emplean materiales absorbentes para evitar la reverberación. 37

38 La reflexión del sonido, se aplica, por ejemplo, en la fabricación del sónar que se usa en los barcos para medir la profundidad del mar. La sirena de una ambulancia que se acerca, suena más aguda que cuando se aleja. Esto se conoce como efecto Doppler y se debe a la variación de la frecuencia del sonido que percibimos cuando la fuente sonora está en movimiento. El efecto Doppler tiene muchas aplicaciones, por ejemplo, en los radares que miden la velocidad de los automóviles en las carreteras o en las ecocardiografías, para medir la velocidad de la sangre que entra y sale del corazón. Profundiza. El efecto Doppler Animación que describe el fenómeno acústico del efecto Doppler Efecto Doppler Cambio aparente de la frecuencia de la emisión de un sonido, en que la fuente emisora o el receptor se encuentra en movimiento. Por un lado, este movimiento hace que la frecuencia del sonido sea mayor cuando la fuente emisora se acerca y, por lo tanto, se perciba un sonido más agudo. Y, por otro, conlleva que la frecuencia sea menor cuando la fuente emisora se aleja y que se perciba un sonido más grave. Fuente emisora Objeto o ser vivo que emite el sonido. Frecuencia Magnitud que mide el número de ondas que pasan por un punto en un segundo. En el caso del sonido, la frecuencia de las ondas sonoras determina el tono: a mayor frecuencia, más agudo es el sonido. En cambio, a menor frecuencia, el sonido es más grave. Sonido agudo Aquel sonido que tiene una frecuencia superior a Hz. Este sonido suele llegar hasta los Hz, que es el límite de la frecuencia audible. Por encima de Hz se dan los ultrasonidos. Sonido grave Es aquel sonido que tiene una frecuencia que se encuentra por debajo de Hz. La franja de sonidos graves llegan hasta los 20 Hz. Por debajo de este valor el oído humano no detecta los sonidos: son los infrasonidos. 38

39 Para entender mejor el efecto Doppler puedes ver un vídeo de un coche de Fórmula 1 al pasar por un punto [ver] y otro de un avión despegando [ver]. Actividad 41 Actividad 42 Actividad 43 39

40 Actividad 44 Actividad 45 Actividad 46 Actividad La contaminación lumínica y la contaminación acústica. La luz que usamos en el alumbrado de las calles se difunde hacia las nubes y el polvo atmosférico e impide que veamos las estrellas. Esto se conoce como contaminación lumínica. Los astrónomos no podrían ver claramente las estrellas ya que los observatorios estarían rodeados de una neblina luminosa. Por lo tanto, deben construirlos en lugares altos y alejados de las ciudades. También los biólogos observan que la luminosidad nocturna afecta al ciclo vital de muchos animales. 40

41 La iluminación de las ciudades provoca la contaminación lumínica de la atmósfera. La contaminación acústica es el ruido excesivo y molesto, provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, obras públicas, etc.), que puede producir efectos negativos sobre la salud física y mental de las personas. La contaminación acústica se produce si sobrepasa los 65 db de día y los 55 db de noche. Actividad 48 Actividad 49 Webs de referencia Web del CIDEAD. Página sobre la luz y sus propiedades de Educaplus. Página Las ondas: luz y sonido de la web Testeando. 41

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