Ondas mecánicas

¿QUÉ ES UNA ONDA?
El diccionario usual de la Real Academia Española (RAE, 2015)
define la palabra “Onda” como:
Del lat. unda.
• 4. . Fís. Movimiento periódico que se propaga en un medio físico o
en el vacío.

CIENTÍFICOS QUE APORTARON
AL ESTUDIO DE LAS ONDAS Y
EL SONIDO.

• GALILEO GALILEI
(1564-1642) Comienza realmente la física como ciencia,
comienzan los primeros tratamientos científicos del sonido y
de la música, del estudio moderno de las ondas y la
acústica. Galileo eleva a nivel de ciencia el estudio de las
vibraciones y de la correlación entre la altura o tono y la
frecuencia de la fuente del sonido (relación entre frecuencia,
longitud, diámetro, densidad y tensión de las cuerdas).

• BOYLE
En 1660 el científico Anglo-irlandés Robert Boyle (1627-
1691) mejoró la tecnología de vacío y pudo observar como
la intensidad del sonido originado por un timbre (tipo reloj)
colocado en una campana neumática disminuía a medida
que el aire era extraído. Boyle concluyó que un medio como
el aire era necesario para la propagación de las ondas
sonoras.

• GUERICKE
En 1650 el físico alemán Otto Von Guericke (1602-1686)
inventó la bomba para crear vacío parcial (10). Realizó los
primeros estudios que revelaron que la luz viajaba en el
vacío pero el sonido no.

• TORRICELLI Y PASCAL
El físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) en 1643 y
posteriormente el físico francés Blas Pascal (1623-1662), midieron la
presión de la atmósfera, pero aún se estaba muy lejos de que se
determinara que el sonido se propagaba en el aire gracias a una
onda de fluctuación de la presión atmosférica. Aún en el siglo XVII
muchos científicos y filósofos creían que el sonido se propagaba a
través de unas partículas invisibles que se originaban en la fuente del
sonido y se movían en el espacio hasta el oído. El concepto del
sonido como una onda estaba destinado a cambiar completamente el
cuadro anterior, pero había que demostrarlo experimentalmente.

• HOOKE.
El notable físico inglés Robert Hooke (1635-1703) en 1681 fue el
primero en demostrar experimentalmente que la altura o tono que
percibimos como sensación auditiva, de sonidos graves a agudos,
está directamente relacionado con la frecuencia de las vibraciones
que origina la fuente de sonido. Se basó en que la frecuencia del
sonido que produce un cartón golpeado por una rueda dentada
girando a velocidad constante, produce la sensación de la altura de
una nota determinada, al aumentar o disminuir la velocidad angular
de la rueda dentada se producen sonidos más agudos o más graves
correspondientemente. De esta forma quedó demostrada la relación
directa y objetiva existente entre el estímulo (la frecuencia del sonido)
y la sensación (la altura o nota del sonido).

• TAYLOR
En 1708 Brook Taylor desarrolló la teoría matemática de
las cuerdas vibrantes de acuerdo con las observaciones
experimentales previas. Fue el primero en expresar
matemáticamente el movimiento de una cuerda vibrante
sobre la base de principios mecánicos.

• BERNOULLI JOHAN Y LAGRANGE
Contribuyeron al igual que Dalambert y Euler, al
conocimiento del tono y del timbre del sonido producido
por un instrumento musical y también a la naturaleza de la
propagación del sonido en distintos medios. Lagrange y
Euler aplicaron las nuevas ecuaciones diferenciales a las
ondas en las cuerdas y en el aire

• NEWTON
El ilustre físico inglés Isaac Newton (1643-1727) fue el
primero en realizar un tratamiento matemático del sonido
en 1687 (en su famoso trabajo “Principia”), posterior a la
demostración de que la propagación del sonido a través
de cualquier fluido solo dependía de propiedades físicas
(elasticidad, densidad). También calculó, a partir de
consideraciones teóricas, la velocidad del sonido en el
aire.

EN FUNCIÓN DEL MEDIO EN EL QUE SE
PROPAGAN
• Ondas mecánicas: Las ondas mecánicas necesitan un medio
material elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las
partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no
existe transporte neto de materia a través del medio. Dentro de las
ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas que se
propagan en la superficie del agua o en una explosión controlada,
las ondas sonoras y las ondas de gravedad.

• Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas se
propagan por el espacio sin necesidad de un medio material,
pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que
las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de
un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado.
Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una
velocidad de 300000 km/s, de acuerdo a la velocidad puede ser
agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido
como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de
las ondas. Los rayos X, la luz visible o los rayos ultravioleta son
ejemplos de ondas electromagnéticas.

• Ondas gravitacionales: Las ondas gravitacionales
son perturbaciones que alteran la geometría misma del
espacio-tiempo y aunque es común representarlas
viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar
que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí
mismas son alteraciones del espacio-tiempo.

• Ondas viajeras: La propagación de la onda se realiza
en sentido único, es decir, estas ondas viajan hacia el
mismo lugar sin devolverse. por ejemplo, las ondas de
televisión se propagan desde la antena repetidora
hasta tu televisor y a todos los demás televisores de la
ciudad. Las ondas viajeras se expanden libremente por
el espacio.

• Ondas estacionarias: Estas ondas resultan de dos ondas
viajeras que viajan en sentidos contrarios. una onda
estacionaria se forma cuando una onda viajera incide sobre un
punto fijo, obligándola a devolverse, pero invertida a respecto a
la primera. Ambas ondas se combinan en forma precisa dando
origen a una onda que pareciera que está detenida con lugares
de vibración nula (nodos) y lugares de vibración máxima
(antinodos) . Este tipo de ondas se producen en los
instrumentos musicales de cuerda.

EN FUNCIÓN DE SU DIRECCIÓN
• Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales
son aquellas que se propagan a lo largo de una sola
dirección del espacio, como las ondas en los muelles o
en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección
única, sus frentes de onda son planos y paralelos.

• Ondas bidimensionales o superficiales: Son
ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden
propagarse, en cualquiera de las direcciones de
una superficie, por ello, se denominan también
ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que
se producen en una superficie líquida en reposo
cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en
ella.

• Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas
que se propagan en tres direcciones. Las ondas
tridimensionales se conocen también como ondas
esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas
concéntricas que salen de la fuente de perturbación
expandiéndose en todas direcciones. El sonido es
una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales
las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas
electromagnéticas

EN FUNCIÓN DEL MOVIMIENTO DE SUS
PARTÍCULAS
• Ondas longitudinales: Son aquellas que se caracterizan porque
las partículas del medio se mueven o vibran paralelamente a la
dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, las ondas
sísmicas P, las ondas sonoras y un muelle que se comprime dan
lugar a una onda longitudinal.
• Ondas transversales: Son aquellas que se caracterizan porque
las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección
de propagación de la onda. Por ejemplo, las olas del mar, las
ondas que se propagan en una cuerda y las ondas sísmicas .

EN FUNCIÓN DE SU PERIODICIDAD
• Ondas periódicas: La perturbación local que las
origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo
una onda senoidal.
• Ondas no periódicas: La perturbación que las origina
se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las
perturbaciones sucesivas tienen características
diferentes. Las ondas aisladas también se denominan
pulsos.

AMPLITUD Y ONDA.
• La noción de amplitud puede emplearse para nombrar el
alargamiento, la distención o ensanchamiento de algo.
• Se llama onda al movimiento de propagación que realiza un
fluido, a las elevaciones formadas por la perturbación de la
superficie de una sustancia líquida y a la manera de
propagación que tienen los campos magnéticos y eléctricos
en el espacio.

AMPLITUD DE ONDA.
• La amplitud de onda puede apreciarse en un gráfico con una curva
sinusoide en las coordenadas cartesianas. Si tomamos el eje X
como punto medio, la amplitud de onda estará dada por el espacio
que existe entre el punto más elevado en el eje Y que toca la
sinusoide y el mencionado eje X.
• En matemáticas, se llama sinusoide o senoide la curva que
representa gráficamente la función seno y también a dicha función
en sí.

AMPLITUD DE ONDA.
• El concepto de amplitud de onda aparece en el terreno
de la física y se vincula al valor más alto que registra una
variable, midiéndose desde el punto medio o de
equilibrio. En una señal electromagnética o en un
movimiento ondulatorio, la amplitud de onda es la
distancia que existe entre el valor máximo (el punto más
alto de la onda) y el punto de equilibrio.

ACÚSTICA.
• La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia
el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que
se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o
gaseosa) (no pueden propagarse en el vacío) por medio de
modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica
estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o
reproducción del sonido.
• La acústica considera el sonido como una vibración que se
propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s
(aproximadamente 1 km cada 3 segundos), o 1235 km/h en
condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).

DIFRACCIÓN DE ONDAS.
• Se produce cuando las ondas encuentran un
obstáculo en su camino y lo rodean y lo
contornean.

ECO
• Eco: El eco es un fenómeno acústico producido cuando
una onda mecánica se refleja sobre alguna superficie y
vuelve hacia su emisor. Puede referirse tanto a ondas
sonoras como a electromagnéticas. El efecto acústico es
producido por la reflexión del sonido una vez acabada su
primera exposición.

EL EFECTO DOPPLER.
• El efecto Doppler consiste en una variación de la
frecuencia y la longitud de onda recibidas respecto de la
frecuencia y la longitud de onda emitidas, que es
causada por el movimiento relativo entre el foco emisor
de las ondas y el receptor.

ELONGACIÓN.
• Distancia entre cualquier punto de una onda y su posición
de equilibrio.

FRECUENCIA.
• Frecuencia es una magnitud que mide el número de
repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o
suceso periódico .
• La frecuencia de un campo, señal u onda electromagnética es
el número de ciclos (paso de una polaridad a otra y vuelta a
la primera) que realiza en cada segundo. Se denomina con la
letra “f” y se mide en Hercios (es decir, en ciclos por segundo)
que se denota por la letra “H”. El tiempo que tarde una onda
en hacer un ciclo se llama período (T) y es, por tanto, el
inverso de la Frecuencia. T= 1/f segundos.

FUENTE DE ONDA.
• Se define el frente de onda como el conjunto de puntos
del medio alcanzados por el movimiento ondulatorio en el
mismo instante; o dicho con mayor precisión, el lugar
geométrico de todos los puntos del medio con igual fase
de vibración.

INTENSIDAD.
• Cualidad del sonido que determina si un sonido es fuerte o débil.
• Llamamos intensidad I, de una onda en una zona determinada a la
energía que atraviesa por unidad de tiempo una superficie unidad
colocada perpendicularmente a la dirección de propagación:
• I = E / t.S = P / S
• unidades: Joule/s.m2 = watio/m2

LONGITUD DE ONDAS.
• La longitud de onda λ se define como la distancia que
recorre una onda electromagnética en un tiempo igual a un
período. Matemáticamente, esto se traduce en
• λ= CF metros.
• F siendo c=3.108 m/s la velocidad de la luz en el vacío o en
el aire. Así por ejemplo, a la frecuencia de la red (50 Hz) la
longitud de onda es λ=6.000 kms.
• A la frecuencia de los hornos microondas (2,45 GHz)
longitud de onda es de aproximadamente λ=12,2 cms.

NODO.
• Nodos: punto de la onda que no vibra, permanece inmóvil
o estacionario. Respecto a estos se le da el nombre de
onda estacionaria.

INTERFERENCIA DE ONDAS.
Se denomina interferencia a la superposición o suma de dos o más
ondas. Dependiendo fundamentalmente de las longitudes de onda,
amplitudes y de la distancia relativa entre las mismas se distinguen
dos tipos de interferencias:
Constructiva: Se produce cuando las ondas chocan o se
superponen en fases, obteniendo una onda resultante de mayor
amplitud que las ondas iniciales.
Destructiva: Es la superposición de ondas en anti fase, obteniendo
una onda resultante de menor amplitud que las ondas iniciales.

ONDAS LONGITUDINALES.
• Ondas transversales son aquellas para las cuales; la
perturbación que se propaga es perpendicular a la
dirección de propagación, mientras que en las ondas
longitudinales dicha perturbación es paralela a la
dirección en la que la onda se propaga.

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
• Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para
propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de
radio, televisión y telefonía.
• Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy
alta (300 0000 km/s) pero no infinita.

• Ondas mecánicas: Son aquellas ocasionadas por una
perturbación y que para su propagación requieren de
un medio material.
• Ondas sísmicas: Se producen porque la corteza
terrestre se encuentra sujeta a vibraciones constantes
debido al hundimiento de cavidades subterráneas,
obturación de vapores volcánicos y dislocación de una
roca.

• Ondas sonoras: Son ondas mecánicas longitudinales
que se producen cuando un cuerpo es capaz de vibrar
a una frecuencia comprendida entre 20 ciclos/s y unos
20 000 ciclos/s.
• Ondas superficiales: Son las que se propagan en dos
dimensiones o dos direcciones.

• Ondas transversales: Se presentan cuando
las partículas del medio material vibran
perpendicularmente a la dirección de
propagación de la onda.
• Ondas tridimensionales: Son las que se
propagan en tres dimensiones, es decir, en
el espacio.

• Periodo: Tiempo que tarde en producirse un ciclo de la
onda.
• Rayo o vector de propagación: Línea que señala la
dirección en que avanza cualquiera de los puntos de
un frente de onda.

• Resonancia: Se presenta cuando la vibración de
un cuerpo hace vibrar a otro con la misma
frecuencia.
• Tono: Cualidad del sonido que depende de la
frecuencia con que vibra el cuerpo emisor del
sonido.

• Reflexión de las ondas: Se produce cuando encuentran
un obstáculo que les impide propagarse.
• Refracción de las ondas: Se presenta cuando las
ondas pasan de un medio a otro de distinta densidad.

• Ultrasonido : Es provocado por fuentes sonoras
que vibran a una frecuencia superior a 20 mil
ciclos/s.
• Velocidad de propagación: Es aquella con la
cual se propaga un pulso a través de un medio.
Su valor es igual al producto de la frecuencia
por la longitud de onda.

• Es el punto que está más alejado de la
posición de equilibrio del medio donde se
propaga una onda.
MONTE O CRESTA

• Es el punto que está más alejado de la posición
de equilibrio de una onda, pero en el lado
opuesto al lugar donde se ubican los montes o
crestas.
VALLE

IMPORTANTE
• En una longitudinal el monte o cresta recibe el
nombre de ZONA DE COMPRESIÓN y el valle se
denomina RAREFRACCIÓN.

CICLO U OSCILACIÓN
• Recorrido de cada partícula desde que inicia
una vibración hasta que vuelve a la posición
inicial.

• Es la distancia entre dos frentes de onda que están
en la misma fase.
• La longitud de onda se representa por la letra
griega λ (lambda) y se mide en m/ciclo.
LONGITUD DE ONDA

IMPORTANTE
• En una onda longitudinal, la longitud
corresponde a la distancia, en línea recta
entre 2 zonas de compresión consecutivas o
2 zonas de rarefacción consecutivas

• Es el número de veces por segundo en el cual se
realiza un ciclo completo de una onda. Se mide
comúnmente en ciclos/s.
1 Hertz = 1 ciclo/s
FRECUENCIA

• Es el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de la
onda.
• Se mide en unidades de tiempo preferentemente el
segundo (s).
PERIODO

El periodo es igual al inverso de la frecuencia.
La frecuencia es igual al inverso del periodo.
T= Periodo en s/ ciclo.
f= frecuencia en ciclos/ s = Hertz (Hz)

Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
NODO

• Es la distancia sobre cualquier punto de una onda y su
posición de equilibrio.
ELONGACIÓN

• Es la máxima elongación o alejamiento de su
posición de equilibrio que alcanzan las partículas
vibrantes.
AMPLITUD DE ONDA

DIFRACCIÓN
• La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se
basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al
atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas,
desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas
electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio
• Es el fenómeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de
cualquier tipo se extiende después de pasar junto al borde de un
objeto sólido o atravesar una rendija estrecha, en lugar de seguir
su avance en línea recta.

• La difracción solo se observa si el obstáculo que
encuentran las ondas es del mismo orden que la longitud
de onda del movimiento ya que cuando es mayor, las
ondas siguen la propagación rectilínea.

REFRACCIÓN
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al
pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide
oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si
éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en
el cambio de velocidad de propagación de la onda.

LEY DE REFRACCIÓN (LEY DE SNELL)
• La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno
del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda
en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien
puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer
medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice
de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción,
esto es:

SUPERPOSICIÓN
La superposición es el desplazamiento que experimenta una partícula
vibrante equivalente a la suma vectorial de los desplazamientos que
cada onda le produce.
En la mecánica ondulatoria la interferencia es el resultado de la
superposición de dos o más ondas, resultando en la creación de un
nuevo patrón de ondas. Aunque la acepción más usual para
interferencia se refiere a la superposición de dos o más ondas de
frecuencia sea idéntica o similar. Matemáticamente, la onda resultante
es la suma algebraica de las ondas incidentes, de tal forma que la
función de onda en un punto es la suma de todas las funciones de onda
El principio de superposición de ondas establece que la magnitud del
desplazamiento ondulatorio en cualquier punto del medio es igual a la
suma de los desplazamientos en ese mismo punto de todas las ondas
presentes.

Es el cambio de dirección que sufre la luz al chocar con
otro cuerpo. Los Rayos luminosos, al chocar con una
superficie como la del espejo, se reflejan y vuelven en
una dirección distinta a la que llevaban. La luz reflejada
sigue propagándose por el mismo medio que la incidente
También posibilita que veamos los objetos que no tienen
luz propia. En la reflexión, el rayo que llegó a una
superficie se le denomina ‘’Incidente’’. Y el rayo que
rebota es el ‘’Reflejado’’.
Cuando se traza una recta perpendicular a la superficie,
se denomina Normal, y el rayo incidente forma un ángulo
con esa recta llamado ‘’Ángulo de Incidencia’’.
REFLEXION DE LA LUZ

Existen dos tipos de reflexiones:
Especular: La Superficie donde se
refleja la luz es lisa y los rayos que
se reflejan salen en igual dirección:
Un ejemplo son los espejos planos.
Difusa: La Superficie es rugosa,
por lo que los rayos se reflejan en
todas direcciones. No se consigue
generar imágenes, pero nos permite
ver los cuerpos opacos desde
cualquier ángulo.

LEYES DE LA REFLEXIÓN
Cuando un rayo choca con una superficie pulida, lisa y plana y
luego rebota hacia el mismo medio es por se cumplen las ‘’Leyes
de La Reflexión’’, que dicen:
• El ángulo de incidencia que es formado por el rayo incidente y
la recta normal es igual al ángulo de reflexión formado por el
rayo de reflexión la normal.
• El rayo incidente, el rayo reflejado y la recta normal se
encuentran en un mismo plano.

FENÓMENOS DE INTERFERENCIA
CONSTRUCTIVA Y DESTRUCTIVA.
• La interferencia es un fenómeno en el
que dos o más ondas se superponen
para formar una onda resultante de
mayor o menor amplitud. El efecto de
interferencia puede ser observado en
cualquier tipo de ondas, como luz,
radio, sonido, ondas en la superficie del
agua, etc.
• Puede producir aleatoriamente
aumento, disminución o neutralización
del movimiento.

• Interferencia constructiva: cuando
dos ondas interfieren en los puntos
en que coinciden las 2 crestas se
dice que hay interferencia
constructiva en estos puntos se
suman las amplitudes de las ondas.
• Interferencia Destructiva: al inferir
dos ondas en los puntos donde
coincide una cresta de onda con un
valle de la otra onda se dice que hay
interferencia destructiva. Las
amplitudes en este caso se restan y
pueden anularse por completo.

ONDAS ACÚSTICAS Y SUS
FENÓMENOS
RELACIONADOS

CALCULO DE LA VELOCIDAD DE
ONDA
• La velocidad con la cual se mueve un pulso a través de un
medio depende de la elasticidad del medio y de la inercia de
sus partículas. Los materiales más elásticos producirán fuerzas
restauradoras más grandes cuando se deformen. Los
materiales menos densos ofrecen menos resistencia al
movimiento. En todo caso, la capacidad de las partículas para
pasar una perturbación a partículas vecinas se mejora y un
pulso viajara a mayor velocidad.

DENSIDAD LINEAL
• Si consideramos el movimiento de un pulso transversal por una
cuerda de masa m y longitud l. la inercia de las partículas
individuales se determina mediante la masa por unidad de
longitud μ de la cuerda dada por:
• μ=m/l
• La masa por unidad de longitud suele llamarse la densidad
lineal de la cuerda. Sus unidades son el kilogramo por metro
(kg/m) y el slug por pie (slug/pie)

VELOCIDAD DE ONDA
• Una vez que ya sabemos sacar la densidad lineal, la fuerza
restauradora se mide a partir de la tensión f en la cuerda, y la
inercia de las partículas de la cuerda se mide mediante la
densidad lineal μ. Puede demostrarse que la velocidad de una
onda transversal en una cuerda está dada por la raíz cuadrada
del cociente F/ μ.
• v= F/ μ v= F l/m

FRECUENCIA EN HERTZ
• La frecuencia de una onda es el número de ondas que pasan
por un punto particular en una unidad de tiempo. Es la misma
que la frecuencia de la fuente vibradora y es, por tanto, igual al
reciproco del periodo (f=1/T). Las unidades e la frecuencia
pueden expresarse como onda por segundo o ciclos por
segundo. La unidad del SI para la frecuencia es el Hertz, que se
define como un ciclo por segundo:
• 1Hz= 1 ciclos/s= 1/s

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN
• Velocidad de propagación es aquella con la cual se propaga un
pulso a través de un medio.
• La velocidad con la que se propaga una onda está en función
de la elasticidad y de la densidad del medio; mientras esté es
más elástico y menos denso, la velocidad de propagación es
mayor , por ejemplo cuando se produce una onda transversal a
lo largo de una cuerda tensa, la velocidad de propagación de la
onda depende de la tensión de la cuerda y de su densidad
lineal.

LA VIBRACIÓN DE PROPAGACIÓN
• La velocidad de propagación de una onda para un medio específico siempre
tiene el mismo valor. Se puede calcular con la expresión
• v =λ/T donde v= velocidad de propagación en m/s
• λ= longitud de onda en m/ciclo
• T=periodo en s/ciclo
• Como el periodo es igual a l inverso de la frecuencia y la frecuencia es el
inverso del periodo podemos decir que T= 1/f´, tenemos que la magnitud de
la velocidad de una onda se puede calcular con la expresión:
• v = λf donde f= frecuencia en ciclos/s = Hertz (Hz)
• En virtud de que el valor de la velocidad de propagación de una onda es
constante para un determinado medio, y toda vez que la velocidad de
propagación es igual al producto de la longitud de onda por la frecuencia (v
= λf), cuando una onda de mayor frecuencia llega a dicho medio el valor de
su longitud de onda debe disminuir, de manera que el producto (λf) de el
mismo resultado y viceversa.

VELOCIDAD DEL SONIDO
• Podemos medir directamente la velocidad del sonido
observando el tiempo que requieren las ondas para moverse
por una distancia conocida en el aire a 0 °C, el sonido viaja a
una velocidad de 331 m/s, o 1087 pies/s.
• Sin embargo debemos tener en cuenta que por cada grado
Celsius de aumento en la temperatura (sobre 0 °C), la
velocidad del sonido en el aire aumenta aproximadamente 0.6
m/s o 2 pies/s. De esta manera la velocidad del sonido v debe
aproximarse mediante:

• Una onda sonora puede encontrar obstáculos
en su recorrido de propagación, que alterarán
su trayectoria y velocidad y eso tendrá
consecuencias en el sonido resultante. Veamos
algunos efectos acústicos derivados de esta
circunstancia.

ECO
• El eco o rebote del sonido contra cualquier superficie
dura hace que lo oigamos después del sonido original.
Para ello, el emisor debe estar lo suficientemente
alejado del obstáculo contra el que rebota el sonido,
para que éste y el rebotado no se mezclen.

REVERBERACIÓN
• Es el eco múltiple que al sonar inmediatamente después del sonido
original lo alarga deformándolo. Cuando gritamos en una sala vacía,
nuestra voz se mezcla con el eco múltiple resultando un sonido más
confuso y prolongado en su final. En ocasiones, las paredes de los
edificios se revisten de unos materiales que eliminan o disminuyen la
reverberación, por ejemplo, algunos teatros, o los estudios de
grabación.

RESONANCIA
• Cuando un objeto empieza a vibrar por la influencia de otro,
decimos que han entrado en resonancia. Si haces vibrar el
diapasón y lo pones en contacto con la pizarra, o la ventana,
escucharás la nota la. Eso sucede, no porque la mesa o la
ventana hayan aprendido a cantar, si no por que comienza
también a vibrar y sonar.

INTENSIDAD
• Es la cantidad media de energía sonora transportada por la onda,
por unidad de superficie y por unidad de tiempo, a través de una
superficie perpendicular a la dirección en que se propaga. Es la
cualidad del sonido que permite su percepción a mayor o menor
distancia, razón por la cual también se le conoce "volumen del
sonido". Por su intensidad los sonidos se clasifican
en fuertes y débiles.
• La intensidad sonora es proporcional al cuadrado de la amplitud de
la vibración sonora, y al cuadrado de su frecuencia.
• Las intensidades sonoras son inversamente proporcionales a los
cuadrados de las distancias al foco emisor.
• Unidades Por ser energía por tiempo y superficie se medirá en
unidades de potencia por superficie, la cual sería el pascal. M s-1

TONO
• El tono es la cualidad que permite distinguir entre sí a los
diferentes sonidos emitidos por un mismo instrumento. El tono
está relacionado con la longitud de onda y la velocidad de
propagación. Se le llama sonido agudo o alto al que tenga
mayor frecuencia o menor longitud de onda, y se le conoce
como grave o bajo al de menor frecuencia o mayor longitud de
onda.
• Unidades: El tono se mide en ciclo por segundo o vibración por
segundo, o Hertz , y en kilociclo por segundo o kilohertzio.

TIMBRE
• Es timbre de un sonido es la cualidad que permite diferenciarle
de otro de igual tono e intensidad producido por un distinto
instrumento. El timbre es una cualidad de los sonidos
compuestos y está determinado por el número de armónico que
acompañan al sonido fundamental y por sus amplitudes
respectivas.
• En los sonidos compuestos la curva de sus vibraciones es
ondulada asimétrica, resultante de la composición de dos o más
simples, el fundamental y uno o varios armónicos Unidades No
existen parámetros cuantitativos que sirvan para medir el
timbre. Sin embargo se puede tomar como unidad de timbre el
número de armónicos y valor de sus frecuencias respectivas
expresadas en función de la del sonido fundamental. El análisis
de estos fundamentos se conoce en la Electroacústica

EFECTO DOPPLER
• En el año de 1842 el físico austriaco Christian Doppler
describió dicho efecto Consiste en un cambio aparente
de la frecuencia de cualquier onda emitida, como es el
caso de una onda sonora o una onda luminosa, cuando
la fuente generadora de las ondas se acerca o se aleja
del observador.

• El efecto Doppler se aprecia claramente al escuchar la sirena de
una ambulancia, se puede notar que el tono se hace agudo a
medida que se aproxima y después se hace grave al alejarse.
• Cuando la fuente sonora se acerca al observador, las ondas que
emite tienden a alcanzar a las que se desplazan delante de ellas,
reduciendo la longitud de onda o distancia entre cresta y cresta, lo
cual provoca un aumento en la frecuencia del sonido; por esta
razón se escucha un sonido agudo. Al alejarse la fuente, la
distancia entre las crestas aumenta y origina una disminución en la
frecuencia; debido a ello se escucha un sonido grave.

• Sucede un efecto similar si la fuente sonora permanece fija y el observador
es quien se acerca; éste percibe una frecuencia mayor porque le llegan más
ondas sonoras por unidad de tiempo, reduciéndose la longitud de onda.
Cuando el observador se aleja ocurre efecto contrario.
• A) Cuando la Fuente sonora se encuentra en movimiento y el observador
se encuentra en reposo, se usa la expresión
• f´=fV / V+- v
• Donde
• f´ :es la frecuencia aparente escuchada por el observador en ciclos/s
• f : es la frecuencia real del sonido emitido por la fuente sonora en ciclos/s
• V: es la velocidad a la que se propaga el sonido en el aire en m/s
• V : es la velocidad a la que se mueve la fuente sonora en m/s
• Nota: El signo menos de la expresión se utiliza si la fuente sonora se acerca
al observador y el signo más cuando se aleja de él.

• B) Si la fuente sonora permanece en reposo y el observador
es quien se acerca o aleja de ella, se usa la expresión:
• f´ = f(V+- v)/V
• V: es la velocidad del observador
• V :es la velocidad a la que se propaga el sonido en el aire.
• Nota: El signo más de la expresión se utiliza si el observador se
acerca a la fuente sonora y el signo menos cuando se aleja de
ella.

ONDAS SÍSMICAS,
ULTRASONIDO Y
SUPERFICIALES

¿QUÉ ES UNA ONDA
SISMICA?
Son un tipo de onda elástica fuerte en la propagación
de perturbaciones temporales del campo de
tensiones que generan pequeños movimientos en las
placas tectónicas.

TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS
• Internas: Las ondas internas viajan a través
del interior. Siguen caminos curvos debido a
la variada densidad y composición del interior
de la Tierra. Este efecto es similar al de
refracción de ondas de luz. Las ondas
internas transmiten los temblores
preliminares de un terremoto pero poseen
poco poder destructivo. Las ondas internas
son divididas en dos grupos: Ondas primarias
(P) y secundarias (S).

• Ondas (p): Son ondas longitudinales o
complexionales, lo cual significa que el suelo es
alternadamente comprimido y dilatado en la
dirección de la propagación.
• Ondas (s): Son ondas en las cuales el
desplazamiento es transversal a la dirección de
propagación.

• Superficiales: Cuando las ondas internas llegan a la
superficie, se generan las ondas L , que se propagan
por la superficie de discontinuidad de la interface de
la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son
las causantes de los daños producidos por los
sismos en las construcciones. Estas ondas son las
que poseen menor velocidad de propagación a
comparación de las otras dos.

• Ondas love: Son ondas superficiales que producen
un movimiento horizontal de corte en superficie.
• Ondas Raleigh: Son ondas superficiales que
producen un movimiento elíptico retrógrado del
suelo.

• Los sismos o terremotos se originan por alguna de
las tres causas siguientes:
A. Hundimiento o desplome de grandes cavidades
subterráneas
B. Obturación de los conductos naturales que dan
salida a los vapores volcánicos , lo que provoca los
llamados golpes de ariete al interactuar
térmicamente el vapor con vapor condensado
C. La disolución o separación de una roca que alcanza
su límite de elasticidad y que se encuentra cerca de
una falla o grieta de la corteza terrestre , lo que
origina la fractura de dicha roca, o bien, cuando se
establece un nuevo equilibrio isostático. Cabe
aclarar que, según la teoría de la isostasia, la
corteza terrestre flota sobre una capa magma a
masa de materiales que se encuentran los en
estado líquido por su alta temperatura.

Son ondas mecánicas producidas
por mandriles, es decir no
Ionizantes, cuya frecuencia está
por encima del umbral de
audición del oído humano
(aproximadamente 20 000 Hz).
¿QUÉ ES UNA ONDA DE
ULTRASONIDO?

APLICACIONES Y USOS DE LAS
ONDAS DE ULTRASONIDO
• A) Las ondas para medir la profundidad del mar y detectar
submarinos o bancos de peces . Actualmente se usa mucho el
aparato llamado sonar, basado en la reflexión de las ondas
ultra sonoras. El sonar se coloca en la parte inferior del casco
de un barco y consta de un emisor de sonidos; las ondas que
envían se reflejan en el fondo del mar o en el banco de peces y
un colector recoge su eco. Las distancia a la que se halla el
obstáculo se calcula en función de la magnitud de la magnitud
de la velocidad del sonido en el agua y en el tiempo trascurrido
entre la emisión y la recepción.
• B) Aparatos detectores de deformaciones, agrietamientos ,
burbujas u otras imperfecciones externas o internas de piezas
metálicas o reactores atómicos. Cualquier defecto se detecta al
variar la intensidad del ultrasonido cuando te asa por alguna
grieta o burbuja , pues el aire atrapado en una masa de una
pieza modelaba refleja el ultrasonido, que pasa libremente en
las partes sanas de la pieza.

• C) Limpieza total de cualquier pieza sucia o grasosa,
al lograr que el ultrasonido fragmente y disperse
toda suciedad.
• D) Aplicaciones terapéuticas en las que el
ultrasonido posibilita realizar estudios del cuerpo
humano para detectar tumores o diferentes
irregularidades en los órganos, a fin de atender
oportunamente una enfermedad curable. El
ultrasonido también se emplea para verificar que el
feto se está desarrollando sin peligro y para conocer
el sexo del futuro recién nacido.

• Los aparatos generadores de ultrasonidos basan su
funcionamiento en la denominada
Piezoelectricidad, fenómeno que consiste en
producir electricidad en algunos cristales como el
cuarzo , cuando son sometidos a presiones o
deformaciones mecánicas. Las ondas ultra sonoras
se propagan mejor en el agua y los medios sólidos
que en el aire y, como toda onda , se reflejan al
chocar contra un obstáculo. Asimismo , en el corto
espacio existente entre la semionda donde el aire se
halla comprimido y la semionda sometida a
depresión, se producen diferencias de presión
ejercer efectos mecánicos en la materia finamente
dividida. El ultrasonido tiene múltiples aplicaciones y
a continuación se describirá alguna de ellas

Fenómeno de
Piezoelectricidad

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