Bárbara Cánovas Conesa

Transcripción

1 Bárbara Cánoas Conesa Ondas sonoras y sonido Son ondas mecánicas longitudinales: necesitan un medio material para su propagación y las partículas del medio actúan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos. Al propagarse por un medio gaseoso lo hace mediante una secuencia alternada de compresiones y enrarecimientos. El sonido es la propagación de la ibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos. Una onda mecánica longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a traés de los oídos. Esto ocurre cuando la frecuencia de oscilación está entre Hz. Velocidad de propagación del sonido La elocidad a la que se propaga el sonido no depende de su intensidad o cualidades, sino únicamente de las propiedades del medio. Se propaga con mayor elocidad en los medios más rígidos, por lo que la elocidad de propagación es mayor en los sólidos que en líquidos y gases. Cualidades del sonido Intensidad Los sonidos pueden clasificarse en fuertes o débiles, según su intensidad sea eleada o baja. Tono o Altura Indica si este es alto (agudo, muchas ibraciones por segundo o bajo (grae, pocas ibraciones por segundo. Cuanto más baja sea la frecuencia más bajo será el tono y iceersa. Timbre Permite distinguir entre dos sonidos en los que la intensidad y la frecuencia son iguales, pero que han sido emitidos por focos distintos. Normalmente, los sonidos no son puros, es decir, las ondas no son perfectamente sinusoidales sino que son el resultado de arios moimientos periódicos superpuestos a la onda fundamental, que se denominan armónicos o sobretonos. El timbre depende de la forma de la onda. Depende del medio y la temperatura: Velocidad de propagación del sonido en los gases γ R T = M γ: coeficiente adiabático, depende de si las moléculas del gas son mono, di o triatómicas. R: temperatura T: constante de los gases ideales M: masa molar Intensidad de Sonido y Sensación Sonora Proporcional al cuadrado de la amplitud y de la frecuencia angular. I = P S = ρ ω A t Ley del Inerso del Cuadrado de la Distancia I = I = R I = { R R I I = R R I = I R R

2 Física _ º Bachillerato La intensidad se relaciona con las ariaciones de presión producidas por la fuente sonora, según: I = P: los cambios de presión equialentes a la amplitud ρ: la densidad del medio (ρ aire =. kg m -3 : elocidad de propagación del sonido P ρ Niel de Intensidad Sonora β = 0 log I I 0 (db I: la intensidad sonora I 0 : la intensidad umbra: 0 - W m - Fenómenos ondulatorios del sonido. Reflexión del sonido Eco El ser humano es capaz de distinguir entre dos sonidos si llegan a su oído con una diferencia de 0. seg. Refracción Cuando la onda se desía en su trayectoria al pasar de un medio a otro cuya elocidad de propagación es diferente. Reerberación Si el tiempo que tarda en llegarnos el sonido reflejado es menor que 0, seg no percibimos eco, pero si un efecto como si el sonido reflejado se superpusiera y se alargase. Difracción Fenómeno por el cual las ondas bordean los objetos que se encuentran en su camino. Interferencias sonoras Supongamos dos altaoces pequeños que actúan como focos emisores de sonido, que está en los extremos de una caja hueca. Los altaoces son iguales y emiten sonidos a la ez (en fase. La caja gira en torno a un eje ertical que gira por su centro. Tenemos un micrófono que puede detectar el sonido y un osciloscopio que nos muestra la onda resultante de la interferencia. Si la caja gira dará lugar a interferencias constructias y destructias. S d S x a x Los máximos se encuentran en: Por el teorema del Coseno: x x = n λ a = b + c b c cosâ { x = d + a d a cos (90 + θ x = d + a d a cos (90 θ

3 Bárbara Cánoas Conesa Cuando dos ondas sonoras de la misma amplitud y frecuencia ligeramente distinta se superponen en un mismo punto del espacio, se perciben altibajos o pulsaciones en el sonido con una frecuencia llamada frecuencia de batido o de pulsación: f = f f El máximo sonido ocurre cuando: cos π f t = ± Ondas sonoras estacionarias en tubos: elementos de iento Tubo abierto por uno de los extremos Tubo abierto por los dos extremos Armónicos Armónicos º 3º 5º º 3º 4º El extremo cerrado se forma un nodo de desplazamiento, y en el abierto un ientre. Se establecen ondas estacionarias cuando: En ambos extremos se forman ientres de desplazamiento. Se establecen ondas estacionarias cuando: L = (n + λ 4, n = 0,,, 3, L = n λ, n =,, 3, λ = 4l n + Armónicos permitidos (impares: Armónicos permitidos: λ = l n f = (n + 4l f = n l Efecto Doppler Es el cambio que experimenta la frecuencia con la que se percibe un sonido respecto de la frecuencia con que se ha originado, debido al moimiento relatio entre la fuente y el receptor. No es exclusio del sonido, sino que se produce en todos los moimientos ondulatorios. Se percibe siempre que haya un moimiento relatio entre la fuente de sonido y el obserador. Si la fuente y el obserador se acercan, el obserador percibe una frecuencia mayor que la frecuencia real de la fuente sonora. Si se mueen alejándose, el obserador percibe una frecuencia menor que la real. Foco y Obserador en reposo Si el foco está en reposo, la distancia entre dos frentes de ondas es igual a la longitud de onda y el tiempo que tarda el foco sonoro en emitir dos frentes de ondas es el periodo, que es lo que tarda un obserador en reposo en percibir dos frentes de ondas consecutios. T = f F = 0 O = 0

4 Física _ º Bachillerato Fuente Sonora en Moimiento y Obserador en Reposo: cambio en la longitud de onda 4 Si el obserador está en reposo y el foco se muee, los frentes de ondas no son concéntricos, se agolpan en el sentido del moimiento y se distancian en el sentido opuesto. El Foco se Acerca Cuando el foco se acerca al obserador, el foco intenta alcanzar a las ondas que emite y el obserador recibe más ondas en la unidad de tiempo, es decir, percibe una frecuencia mayor (tono más agudo. El Foco se Aleja Si el foco se aleja del obserador, al obserador le llegan menos frentes de ondas en la unidad de tiempo, porque el ehículo las emite cada ez más lejos, es decir, percibe una frecuencia menor (tono más grae. F f = f F f = f + F Fuente Sonora en Reposo y Obserador en Moimiento: cambio en la elocidad Cuando el obserador se muee con elocidad y la fuente está en reposo, la separación entre dos frentes de ondas permanece constante (, pero se modifica la elocidad relatia con la que se propagan las ondas respecto al obserador El Obserador se Acerca El Obserador se Aleja La elocidad relatia con que se propagan las ondas es: La elocidad relatia con que se propagan las ondas es: O F = 0 O = + O = O por lo que el obserador percibe una frecuencia mayor (tono más agudo. por lo que el obserador percibe una frecuencia menor (tono más grae. f = f ( + 0 f = f ( 0 Fuente Sonora y Obserador en Moimiento Sea una fuente sonora que se muee con elocidad F, con signo positio si se acerca al obserador y negatio cuando se aleja de él. Y un obserador que también se traslada con una elocidad O, con signo positio si se acerca al foco sonoro y negatio si se aleja de él. Un obserador en reposo obsera que la fuente equiale a un hipotético foco emisor en reposo de frecuencia: f = f ( F Como el obserador está en moimiento, recibe de este hipotético foco emisor una frecuencia: f = f ( + 0 La frecuencia final que percibe el obserador es: f = f ( ( + 0 F f = f ( + 0 F - O + O + F - F Obserador Foco

5 Bárbara Cánoas Conesa Romper la Barrera del Sonido 5 Si la fuente supera la elocidad del sonido los frentes de onda aparecen superpuestos y forman un frente cónico llamado onda de choque o de Mach: nº de Mach = Fuente sonido