TEMA: EL SONIDO CONCEPTOS MOVIMIENTO: - OSCILATORIO O VIBRATORIO: - CONCEPTO - ELEMENTOS - ONDULATORIO: - CONCEPTO - ELEMENTOS - ONDAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES EL SONIDO: - CONCEPTO - CARACTERÍSTICAS - VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN - CUALIDADES DEL SONIDO - REFLEXIÓN DEL SONIDO: ECO Y REVERBERACIÓN CONCEPTOS - VIBRACIÓN: Movimiento de vaivén de un cuerpo respecto de su posición de equilibrio. - OSCILACIÓN: Vibración completa. - PERÍODO: Tiempo, en segundos, que tarda en producirse una oscilación. - FRECUENCIA: Número de oscilaciones que se producen en un segundo. Se mide en Hz (hercios). EL MOVIMIENTO OSCILATORIO O VIBRATORIO Es el desplazamiento de vaivén que experimenta un cuerpo respecto de su posición de equilibrio. Cuando las oscilaciones son muy rápidas el movimiento se llama vibratorio. Elementos de un movimiento oscilatorio elongación: distancia entre la posición que ocupa el cuerpo en un momento determinado y su posición de equilibrio. amplitud: es el valor máximo de una elongación, distancia máxima de desviación de una vibración respecto de su posición de equilibrio. oscilación simple: movimiento del cuerpo desde una posición extrema hasta la otra. oscilación completa: movimiento del cuerpo desde que parte de una posición extrema hasta que vuelve a ella. período: tiempo que tarda en producirse una oscilación completa. frecuencia: número de oscilaciones completas efectuadas en una unidad de tiempo Si la frecuencia es de ν oscilaciones cada segundo, el tiempo empleado en una oscilación será segundo. Pero este tiempo es el período T luego: de ν = oscilaciones por segundo.
MOVIMIENTO ONDULATORIO Es la propagación de un movimiento vibratorio en forma de ondas. Podemos calcular la velocidad con que se propaga el movimiento ondulatorio midiendo el tiempo (t) transcurrido desde que un punto comienza a vibrar por efecto de la onda hasta que lo hace otro punto situado a una distancia (d) del primero. Esta velocidad depende fundamentalmente de las propiedades del medio en que se propaga. El movimiento ondulatorio se puede propagar: en una sola dirección (una tira elástica) en un plano (ondas del agua) en el espacio (un trueno), es decir en todas las direcciones en forma de ondas esféricas. Esta es la forma de propagarse el sonido y la luz. Elementos de un movimiento ondulatorio crestas: partes superiores de las ondas valles: partes inferiores de las ondas longitud de onda (λ): distancia entre dos crestas o dos valles consecutivos. velocidad de propagación: cuando la onda haya alcanzado una longitud de onda (λ) la partícula habrá recorrido la distancia entre dos crestas o valles consecutivos, habrá realizado una oscilación completa. Si T es el período de la oscilación, podemos decir que, en el tiempo T, la onda ha avanzado una longitud λ. La velocidad de propagación será: Como la frecuencia ν es la inversa del período: la fórmula anterior se puede expresar también: La velocidad de propagación es igual a la longitud de onda x la frecuencia ONDAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES Movimiento ondulatorio transversal: cuando el movimiento vibratorio es perpendicular a dirección del movimiento ondulatorio Movimiento ondulatorio longitudinal: cuando el movimiento vibratorio y el ondulatorio siguen la misma dirección.
EL SONIDO - ONDAS SONORAS: Sucesiones de compresiones (aumento de densidad/presión) y enrarecimientos o rarefacciones (disminución de la densidad/presión) que transmiten energía cinética a través de un medio material (sólido, líquido o gaseoso). - En una onda se propaga energía cinética, no materia - Las ondas sonoras no se propagan en el vacío. - La velocidad de propagación del sonido depende del medio. En el aire es de 340 m/seg. El sonido es un movimiento vibratorio transversal que se transmite en forma de movimiento ondulatorio a través de un medio elástico. El sonido es un movimiento ondulatorio transversal que no se propaga en el vacío. Velocidad de propagación del sonido: El sonido se propaga en el aire en todas las direcciones a una velocidad de: Cualidades del sonido: intensidad: depende de la amplitud de la vibración y crece al aumentar ésta. Se mide en decibelios db tono: depende de la frecuencia de la vibración, es más agudo cuanto mayor es ésta. timbre: cualidad que diferencia los distintos sonidos. Los distintos timbres se deben a unos sonidos, llamados armónicos, que se superponen al sonido fundamental y son diferentes en cada instrumento. REFLEXIÓN DEL SONIDO La reflexión del sonido es la desviación que experimentan las ondas sonoras al chocar con un objeto. Un efecto de la reflexión es el eco que se produce cuando emitimos un sonido que se refleja en una superficie y vuelve a nosotros. Para que se produzca el eco el objeto que lo refleja debe encontrarse a una distancia de 17 metros como mínimo. Si el objeto está situado a menos de 17 metros nuestro oído no puede diferenciar claramente el sonido reflejado produciendo la sensación de que el sonido se ha alargado, a este fenómeno se le llama reverberación. ULTRASONIDOS E INFRASONIDOS El oído humano tiene unos límites, umbral de excitación, dentro de los cuales puede percibir los sonidos. Ese umbral de excitación está comprendido entre los 20.000 Hz y los 20 Hz de frecuencia. Los sonidos emitidos por encima de esta frecuencia, ultrasonidos, o por debajo, infrasonidos, no pueden ser percibidos. En el siguiente gráfico se muestran los umbrales de excitación según la intensidad del sonido, expresada en decibelios (db).
CUESTIONES Y PROBLEMAS CUESTIONES 1. Puede propagarse el sonido en el vacío? por qué? 2. Por qué las ondas sonoras se propagan mejor en los sólidos que en los líquidos y mejor en los líquidos que en los gases? 3. Qué cualidad del sonido nos permite distinguir el producido por una guitarra y el de un clarinete? 4. Colocando vasos iguales con diferentes cantidades de agua obtenemos sonidos distintos qué cualidad del sonido nos permite apreciar esas diferencias? 5. Si una mosca bate las alas 12 veces por segundo y un mosquito hasta 30 veces por segundo podremos oírlos mientras vuelan? 6. Imagina que un enorme meteorito cae sobre la Luna y produce una gran explosión podríamos oírla desde la Tierra? por qué? 7. Por qué es tan difícil entenderse en una reunión cuando todo el mundo habla a la vez? 8. Por qué no se percibe el fenómeno del eco en las habitaciones de tu casa? PROBLEMAS 9. Un movimiento ondulatorio de frecuencia 100 vibraciones por segundo se transmite a una velocidad de 54 km/h cuál es la longitud de onda en cm? 10. Durante una tormenta, el tiempo transcurrido desde que se contempla el relámpago hasta que se oye el trueno es de 8 s. a qué distancia se ha producido la descarga? 11. Cuál es, en el agua, la longitud de onda de un sonido cuya frecuencia es de 2.400 vibraciones por segundo, sabiendo que la velocidad de propagación del sonido en el agua es de 1.440 m/s? 12. El periodo de un movimiento vibratorio es 0,02 segundos. cuál es su frecuencia? cuántas vibraciones se producen en 2 minutos? 13. La longitud de onda de una emisora de radio es de 300 m. Calcular la frecuencia sabiendo que las ondas de radio se propagan a 300.000 km/s 14. Un avión que vuela a 900 km/h se desplaza a mayor o menor velocidad que el sonido? 15. La frecuencia de un sonido es de 285 vibraciones por segundo. cuál es su longitud de onda en el aire? 16. Emitimos un sonido y oímos el eco al cabo de 3 segundos. a qué distancia está situado el obstáculo donde se refleja el sonido? 17. En el fondo del mar a qué distancia tendría que estar situado el obstáculo donde se reflejan las ondas sonoras para que pudiera oírse el eco? Velocidad del sonido en el agua 1.440 m/s
18. En la detección de bancos de peces se utilizan ultrasonidos. a qué distancia del barco pesquero se halla uno de ellos si el eco del sonar tarda 5 s en llegar? Velocidad de propagación del sonido en el agua marina 1.500 m/s. 19. Habrás oído hablar de los aviones supersónicos, que viajan a mayor velocidad que el sonido. Qué velocidad en km/h lleva un avión que se desplaza a 2 mach? (Un mach es la velocidad del sonido en el aire). 20. Un cuerpo efectúa 600 vibraciones en 30 segundos. cuál es su frecuencia en Hz? podemos percibir ese sonido? 21. La frecuencia a la que vibra un cuerpo es de 500 Hz cuántas oscilaciones habrá efectuado al cabo de 1 minuto?