Unidad N°5

1. CEI. Centro de Estudios Integrados
Asignatura: Física
Docente: González, carolina
Año 2015
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Unidad N°5: Ondas. Sonido. Movimiento Vibratorio y Propagación de ondas. Sonido-
Energía Sonora. El oído y Audición.
Movimiento Oscilatorio
El movimiento oscilatorio, tiene la particularidad que el móvil tiene una trayectoria
limitada, y además es cíclica o periódica. Es decir que estos movimientos, luego de un
tiempo llamado Periodo T, el móvil vuelve a tomar los mismos valores de posición y
velocidad.
Ondas
Se denomina onda mecánica a una perturbación que se propaga
por un medio material elástico transportando energía
mecánica. Por ejemplo, si una persona genera un pulso en el
extremo de una soga, se producen vibraciones en cercanías de
la mano. Cada punto de la soga oscila hacia arriba y hacia abajo
con respecto a su posición original, aunque la perturbación se
propague a lo largo de la soga.
También existen las ondas electromagnéticas, como la luz, los rayos x, las ondas de
radio y televisión, o las microondas.
Cuando las partículas del medio material en el que se propaga la perturbación vibran en
forma perpendicular a la dirección de propagación, como en el caso de la soga, las
ondas se llaman transversales.
En cambio, si las partículas vibran en un
eje paralelo a la dirección de
propagación, las ondas se denominan
longitudinales. Esto sucede cuando
perturbamos un resorte, las espiras del
resorte se comprimen y se alargan en la
misma dirección en que se propaga el
pulso.
CARACTERISTICAS DE UNA ONDA
Cada punto material sufre un desplazamiento respecto de su posición original. Se
denomina amplitud A de una determinada onda, al máximo desplazamiento que un punto
puede experimentar a causa de la perturbación. A las posiciones máximas se las
denomina crestas y a las mínimas, valles.
Las posiciones o puntos intermedios están caracterizados por una coordenada o altura
y se denomina elongación.

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La diferencia entre dos máximos o dos mínimos se denomina longitud de onda y se
simboliza . Cada onda tiene su longitud de onda característica y se mide en metros.
El período de onda T corresponde al
intervalo de tiempo en el cual se
produce una oscilación completa. En ese
tiempo, la perturbación recorre una
longitud de onda. Se suele expresar en
segundos.
La frecuencia f es el número de
oscilaciones completas que se realizan
por unidad de tiempo. Su unidad de medida es el hertz [Hz], que equivale a [1/s] (uno
sobre segundo). Para frecuencias muy altas se suelen utilizar múltiplos del Hz, como
ser kilohertz [kHz] o megahertz [MHz].
Para la frecuencia y el período se cumple que:
La velocidad de propagación v de la onda depende del tipo de onda y del medio en el
que se propaga. Por ejemplo, la velocidad de propagación del sonido en el aire a 20°C
es aproximadamente 340 m/s, mientras que la velocidad de propagación de la luz en el
vacío es de 300.000 km/s.
Considerando que la señal recorre una longitud de onda , en un período T, se puede
calcular la velocidad de propagación de la onda mediante:
O bien:
Esto es porque la frecuencia y el período son inversos multiplicativos (ver primera
ecuación).

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LA ECUACIÓN DE LAS ONDAS
La propagación de una onda se describe con una ecuación que permite predecir la
posición de oscilación de cualquier punto alcanzado por la onda en cualquier instante.
Esta ecuación se llama ecuación de la onda y su expresión genérica es:
[ ( )]
Por lo tanto, la posición de un punto cualquiera, dependerá de la amplitud de la onda,
de su longitud de onda, del período de la misma y del tiempo transcurrido desde que se
inició la perturbación.
Ejemplo: Si la onda generada en una cuerda tensa tiene una amplitud de 0,05 m, una
frecuencia de 20 Hz y una velocidad de propagación de 10 m/s,
a. Escriban la ecuación de la onda.
b. Calculen la posición de un punto de la soga ubicado a 0,5 m del origen cuando
transcurrió 0,1 s desde que se inició la perturbación.
Datos: Incógnita: Fórmulas:
A=0,05 m T
f= 20 Hz y * ( )+
v=10 m/s
x=0,5 m
t=0,1 s
Resolución: Como vemos en los datos, nos falta saber la longitud de onda t el período,
podemos calcular con:
Y luego el período como:
Ahora tenemos todos los parámetros para escribir la ecuación de la onda.
Simplemente los reemplazamos:
[ ( )]

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[ ( )]
Para saber que posición “y” tenía el punto ubicado en x=0,5m luego de t=0,1s de
comenzada la onda, no hacemos más que reemplazar estos valores en la ecuación y
calcular “y”.
[ ( )]
Rta: 0,1 s después de comenzada la onda, el punto ubicado a 0,5 m de la punta de la
soga, alcanzó una elongación de 0,05m. Justo coincide con la amplitud, esto significa
que el punto se encuentra, en ese momento, en la cresta.
El sonido
Todos los sonidos se producen por las
vibraciones de algún objeto o medio material. Si
se golpea una olla, una campana, una puerta,
etc., se produce un sonido que perdura hasta
que el objeto deja de vibrar. En otros casos, el
sonido se produce por la vibración de una
columna de aire contenida en un tubo, como es
el caso de los instrumentos musicales de viento
(clarinetes, trompetas, flautas, etc.). En
instrumentos como la guitarra o el violín, el
sonido se produce por la vibración de las
cuerdas.
Para que la vibración se propague debe existir un medio material por el que pueda
hacerlo, como por ejemplo el aire. Las ondas
sonoras son ondas transversales que se
propagan a través de un medio haciendo que
sus partículas se expandan y se compriman
entre sí. Esto provoca disminuciones y
aumentos localizados de la presión del medio
material y mientras la onda posea energía, ésta se propagará en todas las direcciones.
Sin embargo, aunque a través del aire, lleguen a nosotros todas las vibraciones que
ocurren a nuestro alrededor, no todas son detectadas por el oído humano. El rango de
audición del ser humano está comprendido entre las frecuencias de 20 Hz a 20 kHz.
Cualquier vibración cuya frecuencia no esté comprendida entre esos valores, no la

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escucharemos. Se llaman infrasónicas a aquellas vibraciones cuya frecuencia se
encuentra por debajo de los 20 Hz, en tanto que se llaman supersónicas a las que
poseen una frecuencia superior a los 20 kHz.
CARACTEÍSTICAS DEL SONIDO
Para distinguir un sonido de otro hay que ver sus diferencias en intensidad, altura y
timbre.
La intensidad es una medida de la energía que se propaga por unidad de tiempo y por
unidad de área y está fuertemente asociada a la amplitud de la onda sonora. Si la
amplitud de la onda es alta, significa que el sonido que se transmite barriendo áreas en
el espacio tiene mucha energía. Esa energía es capaz de comprimir y expandir muy
fuertemente a las partículas del aire. Las explosiones son ejemplos de ondas sonoras
de gran intensidad, puesto que no solamente se siente en gran estruendo, sino que
además provocan una compresión y expansión tan brusca del aire, que golpea todo lo
que se encuentre a su paso (personas, estructuras materiales, etc.) y los hace volar
por los aires.
La altura o tono nos indica si el sonido es grave o agudo. Se relaciona con la frecuencia
de la onda: los sonidos agudos corresponden a mayores frecuencias que los sonidos
graves. En música se designa el tono por las notas, por
ejemplo, una nota fundamental que es el LA que tiene una
frecuencia de 440Hz, es decir que al tocar la tecla
correspondiente de un piano se producen en la cuerda 440
oscilaciones por segundo. La vos humana está comprendida
entre frecuencias del orden de los 80Hz, la más grave
(bajo), y 1200 Hz, la más aguda (soprano).
Por otro lado, el timbre es la cualidad del sonido que permite
distinguir que cuerpo está vibrando, está relacionado con la
complejidad de las ondas sonoras que llegan al oído. La
lengua, el paladar, la boca y los labios, la nariz y la garganta
son verdaderas cajas de resonancia en donde, las ondas
sonoras emitidas por las cuerdas vocales, rebotan en ellas
(reflexión). Las ondas reflejadas por cada una provocan una
superposición y el resultado final es una voz, que es la suma
de muchas ondas sonoras interfiriéndose entre sí. Los
instrumentos musicales, aunque toquen la misma nota, se
distinguen entre sí por el timbre.
EFECTO DOPPLER
Cuando hay un movimiento relativo entre una fuente sonora y el receptor de dicho
sonido, el resultado es una aparente variación del tono del sonido ya que se produce un

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cambio de la frecuencia que percibe el receptor comparada con la frecuencia que
origina el receptor.
Consideremos la ambulancia que se mueve, emitiendo la señal de la sirena, hacia uno de
los receptores y alejándose del otro. Las ondas periódicas emitidas por la ambulancia
se pueden representar por círculos concéntricos que también se mueven con la
ambulancia. La distancia entre los
círculos representa la longitud de onda
del sonido que se propaga con una
determinada velocidad.
El receptor que se acerca a la ambulancia
percibe que la longitud de onda del
sonido cada vez es más corta, o lo que es
lo mismo, la frecuencia aumenta haciendo
que el tono del sonido sea más agudo. En cambio, el receptor que se aleja de la
ambulancia percibe que la longitud de onda del sonido es cada vez más larga, o sea que
su frecuencia disminuye haciendo que el sonido sea más grave. Pero esto es lo que
perciben los oyentes, en realidad la ambulancia emite siempre el mismo sonido.
El cambio de la frecuencia que perciben los receptores depende de la velocidad
relativa entre emisor y receptor y puede calcularse como:
Donde:
es la frecuencia percibida por el receptor, en Hz
es la frecuencia generada por el emisor, en Hz
es la velocidad del sonido (340m/s en el aire).
es la velocidad del receptor, en m/s.
es la velocidad del emisor, en m/s.
La ecuación considera la velocidad del receptor, porque éste puede estar moviéndose
también.
Trabajo y Energía de las ondas Sonoras:
Podemos calcular la energía entregada por una onda sonora (E), que posee una onda con
una determinada potencia sonora (W) durante un lapso de tiempo (t) con la siguiente
formula:
E= W. t E= Joule W= Watt t= seg.