Ondas mecánicas, sonoras y sonido

1. ¿QUÉ ES UNA ONDA?
ES UNA PERTURBACIÓN QUE SE PROPAGA,
DESDE UN PUNTO A OTRO,
TRANSPORTANDO ENERGÍA, SIN QUE HAYA
DESPLAZAMIENTO DE MATERIA.
SE CLASIFICAN EN: ONDAS MECÁNICAS Y
ELECTROMAGNÉTICAS.

2. ELEMENTOS DE UNA ONDA
Cresta: Es el punto más alto de la amplitud o punto máximo de
saturación de la onda.
Periodo: Es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de
máxima amplitud al siguiente.
Amplitud: Es la distancia vertical entre una cresta y el punto
medio de la onda.
Frecuencia: Número de veces que es repetida la vibración, en
otras palabras, es una simple repetición de valores por un
periodo determinado.
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas
consecutivas.

4. PROCESO ONDULATORIO
El proceso ondulatorio es por el cual se propaga
energía de un lugar a otro pero sin
transferencia de materia, a través de ondas
mecánicas o electromagnéticas, en cualquier
punto de la trayectoria de propagación se
produce un desplazamiento periódico u
oscilación, alrededor de una posición de
equilibrio.

5. ONDAS MECÁNICAS
En las ondas mecánicas las partículas se desplazan en torno a su
posición de equilibrio y solo la energía avanza de forma
continua, porque la energía se transmite a través de un medio
material.
Las ondas mecánicas se clasifican en:
• Longitudinales
• Transversales
• Superficiales o bidimensionales
• Lineales
• Tridimensionales o esféricas
• Periódicas
• No periódicas

6. CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS MECÁNICAS
LONGITUDINALES: Hacen que las partículas del medio vayan en la misma
trayectoria paralelamente a su propagación, a diferencia de las
transversales, es que para las ondas longitudinales en lugar de crestas
se tienen con presiones y en lugar de valles tienen expansiones.
TRANSVERSALES: Son aquellas que presentan una perturbación en las
partículas del medio desplazándose perpendicularmente a la dirección
de la propagación.
SUPERFICIALES O BIDIMENSIONALES: Son aquellas que se componen
de ondas transversales y longitudinales.
LINEALES: Son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección
del espacio.
TRIDIMENSIONALES O ESFERICAS: Son ondas que se propagan en tres
direcciones y también se le conocen esféricas porque sus frentes de
onda son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación
expandiéndose en todas direcciones.

7. PERIODICAS: Son aquellas que se producen por ciclos repetitivos de
perturbación, todas iguales y equiespaciadas, las partículas se mueven
perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
NO PERIODICAS: Son aquellas que su periodo no sigue ninguna
especie de ciclo repetitivo, se da aisladamente y a esto se le llama
pulsos, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas
tendrán características diferentes.

8. PROPIEDADES DE LAS ONDAS MECÁNICAS
• Reflexión
• Refracción
• Difracción
• Principio de superposición
• Interferencia: Constructiva y Destructiva
REFLEXIÓN: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo
medio que no puede atravesar cambia de dirección.
REFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar
en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

9. DIFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un
obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.
PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN: La onda resultante de la interacción
entre dos ondas, que se desplazan en el mismo medio y a la vez, es
el equivalente a la suma de cada una de las ondas por separado y
después de la interacción de las ondas, éstas mantienen su
integridad.
INTERFERENCIA: Es cuando una o más ondas se superponen unas a
las otras para producir una onda resultante, de mayor o menor
amplitud.
I. CONSTRUCTIVA: Es cuando hay dos ondas de frecuencia idéntica o
similar y se superpone la cresta de una onda sobre la cresta de la otra y
hacen una onda de mayor amplitud.
I. DESTRUCTIVA: Es cuando la cresta de una onda se superpone al
valle de la otra onda y se anulan, esto pasa debido a que el valle y la
cresta son contrarios.

10. ONDAS ESTACIONARIA
Las ondas estacionarias son aquellas en las cuales ciertos puntos
de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles y las
posiciones donde la amplitud es máxima se conocen como
antinodos, la distancia entre nodos o antinodos es una longitud
de onda.
Las ondas estacionarias no son ondas viajeras sino que diferentes
maneras de vibración.
Se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza
con igual amplitud, longitud de onda que avanzan en sentido
opuesto a través de un medio.

11. EL PRINCIPIO DE HUYGENS
Es un método de análisis que se aplica en los problemas de
propagación de ondas, él menciona que todo punto de un frente
inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas
que se extienden en todas las direcciones, considerando la
misma velocidad, longitud y frecuencia de la onda que
proceden, éste principio ayuda a entender con mayor facilidad
los fenómenos de difracción, reflexión y la refracción.

13. NATURALEZA DEL SONIDO
El sonido consiste en la propagación
de una perturbación en un medio (en
general el aire).
Es importante enfatizar que el
aire no se mueve de un lugar a
otro junto con el sonido. Hay
trasmisión de energía pero no
traslado de materia

14. El sonido puro
La cualidad mas importante
del sonido es el tono, cuando
hablamos de un tono puro
estamos hablando sobre
cualidades acústicas simples,
invariables y armónicas.

15. GENERADORES DE SONIDO

16. MEDIOS DE PROPAGACIÓN DEL SONIDO
Podemos definir a un medio como un
conjunto de osciladores capaces de
entrar en vibración por la acción de
una fuerza.
Para que una onda sonora se propague en un medio, éste debe
cumplir como mínimo tres condiciones fundamentales: ser
elástico, tener masa e inercia.

17. ONDAS SONORAS

19. PROPIEDADES DEL SONIDO: INTENSIDAD
El nivel de intensidad sonora se expresa en decibelios
(símbolo, dB)

20. TONO
Indica si el sonido es grave, agudo o
medio, y viene determinada por la
frecuencia de las ondas sonoras, medida
en hercios

21. TIMBRE
Es la cualidad del sonido que nos permite
distinguir entre dos sonidos de la misma
intensidad y altura.

22. NIVEL DE INTENSIDAD
El “umbral de audición” representa la
cantidad mínima de sonido o de
vibraciones por segundo requeridas para
que el sonido lo pueda percibir el oído
humano.

23. TABLA DE VALORES DE NIVELES DE INTENSIDAD Y
AUDIOGRAMA DEL OÍDO HUMANO

24. ALGUNOS RUIDOS Y SUS NIVELES DE INTENSIDAD
SONORA EN DECIBLES

25. Para poder saber la diferencia entre estos dos conceptos
debemos saber que significan cada uno de ellos.
El ruido es un tipo de sonido, especialmente fuerte, áspero e
irregular; sonidos desagradables con poca armonía. Pero este
término se utiliza generalmente para referirse a sonidos fuertes
y no deseados; algunos ejemplos pueden ser las bocinas de los
coches, los aviones, los bebés cuando lloran y ciertos tipos de
música. Los ruidos pueden tener una calidad irregular.
Algunos ruidos pueden incluso provocar náuseas y dolores de
cabeza a ciertas personas.
Los ruidos no dependen de la frecuencia, sino de la intensidad
y el nivel de sonido.
DIFERENCIA ENTRE RUIDO Y SONIDO.

26. El sonido generalmente nos referimos a un efecto auditivo que no
es molesto. El sonido es una vibración del aire o del agua (nunca
se puede producir en el vacío) que llega a nuestra oreja, hace que
este vibre y de esa forma escuchamos algo. Esta vibración se
realiza en forma de ondas sonoras.
En sentido general, los humanos podemos percibir entre 20 Hz. Y
20,000Hz. (20 KHz.).
Las personas oyen sonidos cuando las vibraciones pasan a través
del oído y resuenan en sus tímpanos.
Los sonidos se miden en decibelios y cuanto sea mayor el sonido,
mayor será su valor en decibelios.
Después de saber cuál es la definición de ruido y sonido ahora
podemos saber qué diferencia hay entre ellos. Usamos el termino
sonido para referirnos a persecuciones acústicas que no resultan
molestas, mientras que la palabra ruido la usamos mayormente
para hace referencia a los sonidos molestos y desagradables.

27. Recuerden que rapidez y velocidad no son los mismos
términos y para no entrar en confusiones los vamos a
definir.
Cuando se habla de rapidez, nos referimos a la relación
entre la distancia recorrida en una unidad de tiempo
determinada, es decir la relación entre la distancia recorrida
y el tiempo que hemos necesitado para recorrerla.
La velocidad, por su parte la velocidad es una magnitud
física vectorial, aporta más información que la rapidez, ya
que aparte de decir la rapidez de un objeto, también aporta
datos como la dirección y el sentido, así que en total nos
dice tres magnitudes, rapidez, dirección y sentido.
VELOCIDAD DEL SONIDO.

28. Ya que los tenemos bien definidos podemos hablar de la velocidad
del sonido.
La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de
las ondas sonoras. La velocidad o dinámica de propagación de la
onda sonora depende de las características del medio en el que se
realiza dicha propagación.
La velocidad del sonido varía también ante los cambios
de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la
temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia.
Para calcular la velocidad del sonido es necesario emplear
algunas formulas, acordes a el medio en que se propague, las
cuales a continuación se presentan:

29. VELOCIDAD DEL SONIDO EN UN GAS.
Los gases son muy
comprensibles y su
densidad cambia al
modificarse la presión.
R = La constante de gas
universal = 8,314 J/mol
K,
T = La temperatura
absoluta
M = El peso molecular del
gas en kg/mol
γ = la constante
adiabática,
característica del gas
específico.
GAS Velocidad de propagación del
sonido (m/s) a la presión de 1
atm
Aire (0º C) 331
Alcohol etílico (97º C) 269
Amoniaco (0º C) 415
Gas carbónico (0º C) 259
Helio (0º C) 965
Hidrógeno (0º C) 1284
Neón (0º C) 435
Nitrógeno (0º C) 334
Oxígeno (0º C) 316
Vapor de agua (134 ºC) 494

30. Aquí podemos observar la velocidad del sonido en varios gases:
MEDIO TEMPERATURA
°C
VELOCIDAD
(M/S)
Aluminio 17-25 6400
Vidrio 17-25 5260
Oro 17-25 3240
Hierro 17-25 5930
Plomo 17-25 2400
Plata 17-25 3700
Acero inoxidable 17-25 5740

31. Donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta
manera se puede calcular la velocidad del sonido para el
acero que es aproximadamente de 5.146 m/s.
VELOCIDAD DEL SONIDO EN UN SÓLIDO.

32. La velocidad del sonido en el agua es de interés para
realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el
sonido viaja a aproximadamente a 1500 m/s y en agua dulce
a 1435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según
la presión, temperatura y salinidad.
La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada
del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).
VELOCIDAD DEL SONIDO EN LOS
LÍQUIDOS.

33. Tabla con la velocidad del sonido en algunos elementos líquidos:
MEDIO TEMPERATURA
(°C)
VELOCIDAD
(m/s)
Agua destilada 20 1484
Agua de mar 15 1509,7
Mercurio 20 1451

34. La velocidad del sonido varía también ante los cambios
de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la
temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que se
producen las interacciones entre las partículas que transportan la
vibración, y este aumento de actividad hace aumentar la velocidad
Donde la densidad (p), es inversamente proporcional a
la temperatura (T). Así, a mayor temperatura, menor será
la densidad del gas (en este caso aire) y, por tanto, menor la
velocidad de propagación del sonido en él.
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL
SONIDO EN EL AIRE EN FUNCIÓN DE LA
TEMPERATURA.

35. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que
en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases.
Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los
enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la
materia. P/e:
• En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s
(por cada grado centígrado que sube la temperatura, la
velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)
• En el agua (a 25 ºC) es de 1493 m/s.
• En la madera es de 3700 m/s.
• En el hormigón es de 4000 m/s.
• En el acero es de 6100 m/s.
• En el aluminio es de 6400 m/s.
VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL
SONIDO EN FUNCIÓN DE LOS MEDIOS.

36. La acústica es la parte de la física que se encarga de
estudiar al sonido en su conjunto. Los fenómenos acústicos
son consecuencia de algunos efectos auditivos provocados
por el sonido.
Reflexión: Cuando las ondas sonoras se encuentran con un
obstáculo que no pueden traspasar ni rodear rebotan sobre
el objeto. Cuando el obstáculo es fijo, como una pared, el
módulo de la velocidad se conserva.
Eco: Es un fenómeno consistente en escuchar un sonido
después de haberse extinguido la sensación producida por
la onda sonora. Se produce eco cuando la onda sonora se
refleja perpendicularmente en una pared.
FENÓMENOS ACÚSTICOS.

37. Reverberación: Se produce reverberación cuando las ondas
reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa,
es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del
sonido. Se define como el tiempo que transcurre hasta que
la intensidad del sonido queda reducida a una millonésima de su
valor inicial.
Resonancia: La reverberación es un fenómeno derivado de la
reflexión del sonido dentro de un espacio cerrado. Esta
prolongación es debida a las ondas reflejadas por las diferentes
superficies del espacio. La reverberación, la escuchamos muy
bien en espacios grandes como las iglesias, donde las paredes de
piedra no absorben el sonido y toda la energía sonora está unos
segundos viajando en su interior hasta disiparse. En recintos más
grandes, como pabellones o piscinas cubiertas, incluso podemos
llegar a tener eco.

38. El Efecto Doppler: Fue propuesto por Cristian Doppler (1803-1853) en
1842 en un trabajo llamado "Sobre el color de la luz en estrellas
binarias y otros astros". El efecto Doppler en ondas sonoras se
refiere al cambio de frecuencia que sufren las ondas cuando la
fuente emisora de ondas y/o el observador se encuentran en
movimiento relativo al medio. La frecuencia aumenta cuando la
fuente y el receptor se acercan y disminuye cuando se alejan.

39. Los sonidos se pueden identificar por su espectro de
frecuencias. El elemento fundamental de estas frecuencias
es la onda sinusoidal, es decir, una superposición lineal de
sinusoides.
Cada sinusoide se caracteriza por su amplitud, su frecuencia y
su relación con la marca de tiempo cero. Los sonidos más
graves tendrán ondas sonoras más alargadas (una
frecuencia más baja), mientras que los sonidos más agudos
serán representados por ondas de sonido más cortas (una
frecuencia más alta y por lo tanto más Hertz).
APLICACIÓN DE LAS ONDAS
MECÁNICAS.

40. El decibelímetro mide la intensidad sonora en decibelios es un
instrumento que permite medir el nivel de presión acústica,
expresado en dB. Está diseñado para responder al sonido casi de
la misma forma que le oído humano y proporcionar mediciones
objetivas y reproducibles del nivel de presión acústica. El objetivo
de un decibelímetro es comportarse exactamente como lo hace el
oído humano, y mostrar una medida numérica y reproducible de
los niveles sonoros.
DECIBELÍMETRO.

41. El sonar es una técnica que usa la propagación del sonido bajo el
agua (principalmente) para navegar, comunicarse o detectar otros
buques.
El sonar puede usarse como medio de localización acústica,
funcionando de forma similar al GPS
El término «sonar» se usa también para aludir al equipo empleado
para generar y recibir el sonido de carácter infrasonoro.
SONAR.

42. El ultrasonido es onda acústica que no puede ser percibida por
el hombre por estar en una frecuencia más alta de lo que
puede captar el oído. Este límite se encuentra
aproximadamente en los 20 KHz. En cambio otros animales,
como murciélagos, delfines y perros, logran oír estas
frecuencias, e incluso utilizarlas como radar para orientarse
y cazar.
El ultrasonido se utiliza en muchos ámbitos de las ciencias
y las tecnologías. Por ejemplo, en medicada se emplea para
el diagnóstico por ultrasonido (ultrasonografía), fisioterapia,
econografía, limpieza de dientes, liposucción, etc.
En el ámbito militar el ultrasonido puede utilizarse como
arma.
ULTRASONIDO.