C B T I S 3 9 “ L E O N A V I C A R I O ”
SONIDO
FISICA 1.
Nardo A. Hernández.
o Diego Hernández Márquez.
o Gabriela Nayel...
¿QUÉ ES EL SONIDO?
o El sonido es una onda mecánica longitudinal que se
propaga en gases, líquidos y solidos. El estudio d...
¿QUÉ SON LAS ONDAS SONORAS?
o Las ondas sonoras “son ondas mecánicas
longitudinales que se propagan en un medio material
c...
oLas ondas sonoras necesitan de un medio, es decir, es
imposible que el sonido viaje en el vacío. Las ondas
sonoras no sol...
INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS
o Las ondas sonoras con frecuencia por encima de 20 000
HZ se llaman ultrasónicas o ultrasonid...
RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS
o La mayoría de las personas considera que el sonido se
transmite instantáneamente. No es así...
RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS
La rapidez la cual se propaga el sonido en el aire depende de la
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RAPIDEZ DEL SONIDO EN DIVERSAS
SUSTANCIAS
SUSTANCIA TEMPERATURA (°C) RAPIDEZ (M/S)
GASES
Aire 0 331
Aire 10 336
Oxigeno 0 ...
EJEMPLO
o ¿Cuál es la rapidez del sonido en el aire de 15°C?
Datos Formula
T = 15°C v = 331 + 0.6T
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RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS
o La magnitud de la velocidad del sonido en un liquido es una función de la
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RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS
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EJERCICIO
o Determina la velocidad del sonido en el aire en un día frio en el cual la
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CUALIDADES DEL SONIDO
o Las fuentes de sonido tanto naturales (trueno) como artificiales (sonido de
un motor) emiten una a...
¿QUÉ ES LO QUE SIGNIFICAN?
 Tono
“Es la cualidad que corresponde a la sensación de un
sonido mas o menos grave o agudo”. ...
¿QUÉ ES LO QUE SIGNIFICAN?
 Sonoridad
La sonoridad de un sonido es la cualidad que nos permite distinguir un sonido
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EFECTO DOPPLER
o Cuando una ambulancia en movimiento hace sonar su sirena por una calle, la
frecuencia del sonido que perc...
EFECTO DOPPLER
o Como el observador esta en reposo y la fuente de
sonido se le acerca, la formula que se emplea es la
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EJERCICIO
o Una ambulancia cuya sirena emite un sonido de 1000 Hz se esta alejando
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o Como el observador se acerca (patrulla) el signo de 𝑣0 es positivo, y como
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  1. 1. C B T I S 3 9 “ L E O N A V I C A R I O ” SONIDO FISICA 1. Nardo A. Hernández. o Diego Hernández Márquez. o Gabriela Nayeli Rivera Delgado. o Juan Pablo Herrera Esparza. o Alondra Alejandra Villarreal Trejo. o Ana Karen Torres.
  2. 2. ¿QUÉ ES EL SONIDO? o El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga en gases, líquidos y solidos. El estudio del sonido lo realiza la acústica que dicho campo es muy extenso y se divide en: Ondas Sonoras. Infrasonidos y ultrasonidos. Rapidez de las ondas sonoras. Cualidades del sonido. Efecto Doppler. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  3. 3. ¿QUÉ SON LAS ONDAS SONORAS? o Las ondas sonoras “son ondas mecánicas longitudinales que se propagan en un medio material cuya frecuencia esta comprendida entre 20 y 20000 Hz.” o Las ondas sonoras provenientes de la bocina, o cualquier otra fuente de sonido, se propagan en todas las direcciones. Por esta razón, una persona ubicada unos metros detrás de nosotros puede oír lo que decimos. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  4. 4. oLas ondas sonoras necesitan de un medio, es decir, es imposible que el sonido viaje en el vacío. Las ondas sonoras no solo viajan en el aire, sino en otros gases, en los líquidos y solidos. oEsto es evidencia al escuchar una conversación atráves de un muro, o cuando un buzo sumergido en el agua escucha los sonidos que emite un delfín. ¿QUE NECESITAN LAS ONDAS SONORAS PARA QUE SE PROPAGUEN? Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  5. 5. INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS o Las ondas sonoras con frecuencia por encima de 20 000 HZ se llaman ultrasónicas o ultrasonidos, y aquellas con frecuencias por debajo de 20 Hz, infra sónicas o infrasonidos. El oído del ser humano no puede oír ultrasonidos ni infrasonidos. o La energía sonora de los ultrasonidos se transforma en calor mas rápido que la de los infrasonidos. Por lo tanto un infrasonido viajara mas lejos a través del aire que un ultrasonido. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  6. 6. RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS o La mayoría de las personas considera que el sonido se transmite instantáneamente. No es así, ya que el sonido requiere de un tiempo considerable para recorrer grandes distancias. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  7. 7. RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS La rapidez la cual se propaga el sonido en el aire depende de la temperatura y la humedad. A la presión estándar a nivel del mar y 0 °C, la rapidez del sonido en aire seco es de 331 m/s. La rapidez del sonido en el aire a otras temperaturas se puede obtener de la siguiente expresión: v = 331 + 0.6T Donde T= temperatura del aire en °C 0.6 es una constante en m/s . °C v= magnitud de la velocidad del sonido (rapidez) en m/s Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  8. 8. RAPIDEZ DEL SONIDO EN DIVERSAS SUSTANCIAS SUSTANCIA TEMPERATURA (°C) RAPIDEZ (M/S) GASES Aire 0 331 Aire 10 336 Oxigeno 0 316 Helio 0 965 LIQUIDOS Agua Dulce 20 1482 Mercurio 20 1450 SOLIDOS Madera (Roble) 15 3850 Aluminio 15 5000 Hierro 15 5120 Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  9. 9. EJEMPLO o ¿Cuál es la rapidez del sonido en el aire de 15°C? Datos Formula T = 15°C v = 331 + 0.6T v = ? Sustitución Resultado v = 331 + 0.6(15) v = 340 m/s Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  10. 10. RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS o La magnitud de la velocidad del sonido en un liquido es una función de la densidad absoluta y del modulo volumétrico del liquido. Se ha encontrado que entre mayor sea su densidad menor es su velocidad, y que esta es mayor conforme aumenta el modulo volumétrico. Esto se resume en la siguiente ecuación: 𝑣 = √ 𝛽 𝜌 Donde 𝛽 = Modulo volumétrico 𝜌 = Densidad absoluta Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  11. 11. RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS o La velocidad del sonido en un gas ideal también se puede calcular mediante la expresión anterior, solo que el modulo volumétrico para el gas esta dado por: 𝛽 = 𝛾𝑃 Donde 𝛾 =Constante adiabática (1.4 para el aire y gases diatómicos) P = Presión del gas Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  12. 12. RAPIDEZ DE LAS ONDAS SONORAS o Por lo tanto, la expresión matemática que permite determinar el valor del sonido en un gas es la siguiente: 𝑣 = √ 𝛾𝑃 𝜌 Como se sabe que para un gas ideal la siguiente igualdad es valida 𝑃 𝜌 = 𝑅𝑇 𝑀 Donde R = constante universal de los gases (8.31 J/mol.K) T = temperatura absoluta del gas M = masa molecular del gas Al combinar las dos ultimas ecuaciones se obtiene la siguiente expresión matemática: 𝑣 = √ 𝛾𝑅𝑇 𝑀 Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  13. 13. EJERCICIO o Determina la velocidad del sonido en el aire en un día frio en el cual la temperatura es de 10 °C para el aire, 𝛾 = 1.4 y M = 29.0 g/mol. Datos M= 29.0 g/mol =29× 10−3 kg/mol 𝛾= 1.4mol R= 8.31 J/mol.K T= 10° Para conocer la velocidad del sonido se emplea la siguiente ecuación: 𝑣 = √ (1.4)(8.31)(283) 29 × 10−3 v = 336.94m/s ≈ 337m/s Este valor también se pudo haber obtenido empleando la ecuación v = 331+0.6T. Primero se determina la temperatura absoluta: T=Tc+273 T= 10+273 T=283K Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  14. 14. CUALIDADES DEL SONIDO o Las fuentes de sonido tanto naturales (trueno) como artificiales (sonido de un motor) emiten una amplia gama de sonidos. Dichos sonidos cada ser humano los percibe de manera diferente debido a que cada sonido posee características o cualidades que dependen del numero de vibraciones. o Estas cualidades del sonido son objetivas porque son independientes del sujeto que lo percibe. Los fisiólogos emplean los términos de tono, sonoridad y timbre para describir las sensaciones que percibe el oído del ser humano. Propiedad física (objetiva) Efecto sensorial (subjetivo) Frecuencia Tono Forma de la onda Timbre Intensidad Sonoridad Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  15. 15. ¿QUÉ ES LO QUE SIGNIFICAN?  Tono “Es la cualidad que corresponde a la sensación de un sonido mas o menos grave o agudo”. Se dice que la voz masculina percibe como grave, y la femenina, como aguda. Esta característica depende de la frecuencia de la onda, es decir, la cantidad de ondas por unidad de tiempo. Un sonido agudo tiene una mayor frecuencia que uno grave y dicho sonido agudo se puede llegar a corresponder a una frecuencia de 20 000Hz.  Timbre “El timbre es la cualidad que permite distinguir la fuente de sonido”. Por ejemplo, cuando se escucha la misma nota generada tanto por un violín como por un piano, inmediatamente se sabrá a que instrumento pertenece cada nota. “El timbre del sonido depende de la forma de la onda”. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  16. 16. ¿QUÉ ES LO QUE SIGNIFICAN?  Sonoridad La sonoridad de un sonido es la cualidad que nos permite distinguir un sonido fuerte de uno débil. Un sonido es tanto mas fuerte cuanto mas energía nos haga llegar al oído en menos tiempo. Como la energía sonora es proporcional al cuadrado de la amplitud, entonces un sonido fuerte tiene mayor amplitud que un sonido débil para una frecuencia dada. Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  17. 17. EFECTO DOPPLER o Cuando una ambulancia en movimiento hace sonar su sirena por una calle, la frecuencia del sonido que percibimos es diferente que la que emite la sirena en reposo, es decir, parece mas agudo cuando la ambulancia se aproxima a nosotros, pero en cuanto nos rebasa y se aleja el sonido percibido es mas grave. o A este efecto se le llama efecto Doppler, en honor al físico Christian Johann Doppler (1803-1853). El efecto Doppler ocurre siempre que existe un movimiento relativo entre la fuente de sonido y el observador (el que oye). Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  18. 18. EFECTO DOPPLER o Como el observador esta en reposo y la fuente de sonido se le acerca, la formula que se emplea es la siguiente: 𝑓′ = 𝑓( 𝑣 𝑣−𝑣 𝑠 ) 𝑓′ = 1000 1 𝑠 340 𝑚 𝑠 340 𝑚 𝑠 − 28 𝑚 𝑠 = 1089.74𝐻𝑧 Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.
  19. 19. EJERCICIO o Una ambulancia cuya sirena emite un sonido de 1000 Hz se esta alejando de una patrulla con una rapidez de 45m/s con respecto a la carretera, y la patrulla se mueve hacia la ambulancia con una rapidez de 25m/s con respecto a la carretera, ¿Qué frecuencia escucha el patrullero? El sonido viaja a 340m/s. o Datos 𝑣 = 340𝑚/𝑠 𝑣0 = 25𝑚/𝑠 𝑣𝑠 = 45𝑚/𝑠 𝑓 = 1000𝐻𝑧 𝑓′ = ? Emplearemos la expresión general: 𝑓′ = 𝑓 𝑣 ± 𝑣0 𝑣 ± 𝑣𝑠 Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F. 𝑣 = Velocidad del sonido en el medio. 𝑣0= Velocidad del observador. 𝑣𝑠= Velocidad de la fuente de sonido. 𝑓= Frecuencia del sonido producido por la fuente sonora. 𝑓’= Frecuencia percibida por el observador.
  20. 20. o Como el observador se acerca (patrulla) el signo de 𝑣0 es positivo, y como la fuente de sonido se aleja, el signo de v, también es positivo. Por lo tanto, la expresión anterior se convierte en: 𝑓′ = 𝑓 𝑣 + 𝑣0 𝑣 + 𝑣𝑠 Sustituyendo valores: 𝑓′ = 1000 1 𝑠 340 𝑚 𝑠 + 25 𝑚 𝑠 340 𝑚 𝑠 + 45 𝑚 𝑠 = 948𝐻𝑧 La frecuencia que escucha el patrullero es menor que la que emite la ambulancia. EJERCICIO Carlos Gutiérrez Aranzeta, “Fisica General”, 1° edición, editorial McGraw-Hill, 2009 México D.F.

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