La longitud de onda es la distancia que separa dos moléculas sucesivas en el mismo estado vibratorio (misma presión y velocidad acústica) o la distancia recorrida por la onda durante un período.

1. Universidad Nacional de Trujillo
Departamento académico de física
ONDAS LONGITUDINALES Y SONIDO
Dr. MARIO E. CHAVEZ BACILIO
2022

2. Onda mecánica longitudinal
COMPRESION

3. EN LA ONDA LONGITUDINAL LAS
PARTÍCULAS DEL MEDIO VIBRAN EN LA
DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA
En la figura, la onda avanza en el sentido +X y las
partículas del medio oscilan en la dirección X
+A
- A P.E.
vonda
+X

4. La ecuación de una onda armónica longitudinal que
se desplaza en la dirección x es:
X
O
X
O
ξj
ξi
xi xj
P.E.
P.E. P.E.
P.E.
P.E.
ECUACIÓN DE ONDA
𝝃 = 𝝃𝟎𝒔𝒆𝒏𝒌 𝒙 ∓ 𝒗𝒕

5. Definición de sonido
Fuente del
sonido:
diapasón.
El sonido es una onda
mecánica longitudinal
que viaja a través de
un medio elástico.
Muchas cosas vibran en
el aire, lo que produce
una onda sonora.

6. La variación sinusoidal de la presión con la
distancia es una forma útil para representar
gráficamente una onda sonora. Note las
longitudes de onda l definidas por la figura.
λ
x
po
p
rarefacción
compresión
p = po + Δp Sen ( t- Kx)
Δp

7. Para una onda sonora, es conveniente
expresar la ecuación de onda de presión
como la variación de la presión respecto a la
presión de equilibrio del medio
Δp = Δpo Sen ( t- Kx)
λ
x
Δp
rarefacción
compresión
Δpo

8. Factores que determinan la rapidez del
sonido
Las onda mecánicas longitudinales (sonido) tienen
una rapidez de onda que depende de factores de
elasticidad y densidad. Considere los siguientes
ejemplos:
Un medio más denso tiene
mayor inercia que resulta en
menor rapidez de onda.
Un medio que es más elástico
se recupera más rápidamente y
resulta en mayor rapidez.
acero
agua

9. Rapidez del sonido para
diferentes medios
Barra
metálica
Módulo de Young, Y
Densidad del metal, ρ
Líquido
Módulo volumétrico, B
Densidad del Líquido, ρ



p
v


B
v


Y
v
Coeficiente adiabático, γ
presión, p
Densidad del Gas, ρ
Gas

10. SUSTANCIA VELOCIDAD DEL
SONIDO (m/s)
Aire (20 ºC) 344
Agua dulce (20 ºC) 1 484
Cobre (20 ºC) 3 580
Acero (20 ºC) 5 050
Vidrio (20 ºC) 5 200
En el aire, la velocidad del sonido varía con la
temperatura según la relación:
V = (331 + 0,6 C) m/s
Donde, C, es la temperatura del aire expresada en
grados Celsius.
Valores de la velocidad del sonido en
algunos medios conocidos

11. Instrumentos musicales
Las vibraciones en
una cuerda de violín
producen ondas
sonoras en el aire.
Las frecuencias
características se
basan en la longitud,
masa y tensión del
alambre.

12. Ondas sonoras audible
A veces es útil reducir la clasificación del sonido
a aquellos que son audibles (los que se pueden
escuchar). Se usan las siguientes definiciones:
• Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
• Infrasónico: Frecuencias bajo el rango audible.
• Ultrasónico: Frecuencias arriba del rango audible.

13. Comparación de efectos
sensoriales con mediciones físicas
Efectos sensoriales Propiedad física
Sonoridad
Tono
Calidad
Intensidad
Frecuencia
Forma de
onda
Las propiedades físicas son mensurables y repetibles.

14. Intensidad sonora (sonoridad)
La intensidad sonora es la potencia
transferida por una onda sonora por
unidad de área normal a la dirección de
propagación de la onda.
P
I
A

Unidades: W/m2

15. Fuente isotrópica de sonido
Una fuente isotrópica
propaga el sonido en
ondas esféricas
crecientes, como se
muestra. La intensidad I
está dada por:
2
4
P P
I
A r

 
La intensidad I diminuye con el cuadrado de la
distancia r desde la fuente isotrópica de sonido.
l
l

16. Comparación de intensidades sonoras
La relación de cuadrado inverso significa que un sonido
que está el doble de lejos es un cuarto de intenso, y el que
está tres veces más lejos tiene un noveno de intensidad.
I1
I2
r1
r2
1 2
1
4
P
I
r

 2 2
2
4
P
I
r


2 2
1 1 2 2
I r I r

Potencia constante P
2 2
1 1 2 2
4 4
P r I r I
 
 

17. Rango de intensidades
El umbral auditivo es el mínimo estándar de
intensidad para sonido audible. Su valor I0 es:
Umbral auditivo: I0 = 1 x 10-12 W/m2
El umbral de dolor es la intensidad máxima Ip que
el oído promedio puede registrar sin sentir dolor.
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2

18. Nivel de intensidad (decibeles)
Debido al amplio rango de intensidades sonoras
(de 1 x 10-12 W/m2 a 1 W/m2), se define una
escala logarítmica como el nivel de intensidad en
decibeles:
Nivel de
intensidad 0
10log
I
I
  decibeles (dB)
donde  es el nivel de intensidad de un sonido
cuya intensidad es I e I0 = 1 x 10-12 W/m2.

19. Niveles de intensidad de sonidos comunes
Umbral de audición: 0 dB Umbral de dolor: 120 dB
20 dB 65 dB
Hojas o
murmullo
Conversación
normal
Subterráneo
100 dB
Motores jet
140-
160 dB

20. Éste observador
percibe menor
frecuencia Éste observador percibe
mayor frecuencia
Fuente sonora en
movimiento
Mayor longitud de
onda
Menor longitud de
onda
La frecuencia que percibe el observador depende
del movimiento relativo entre él y la fuente de sonido.
El efecto Doppler
El efecto Doppler se refiere al aparente cambio en
frecuencia de un sonido cuando hay movimiento
relativo de la fuente y el escucha.

21. Fórmula general para efecto Doppler
Definición de términos:
f0 = frecuencia observada
fF = frecuencia de la fuente
Vs = velocidad del sonido
Vo = velocidad del observador
VF = velocidad de la fuente
f
v
v
v
v
f F
F
s
o
s
o 








Las velocidades del observador y la fuente se
consideran como positivas para acercamiento neto y
negativas para alejamiento neto

22. Fin de la presentación.
Gracias
Las diapositivas presentadas, son una adaptación
de las diapositivas del texto de Física de Tippens