1. ORIGEN DEL SONIDOORIGEN DEL SONIDO
La mayor parte de los sonidos son ondas producidas por las
vibraciones de objetos materiales. En un piano, una flauta, la voz.
El oído humano, de un joven, por ejemplo, puede captar
normalmente alturas que corresponden al intervalo de
frecuencias de entre unos 20 y 20kHz. A medida que maduramos,
se contraen los límites de este intervalo de audición; en especial
en el extremo de alta frecuencia. Las ondas sonoras cuyas
frecuencias son menores que 20 Hz son infrasónicas, y aquellas
cuyas frecuencias son mayores que 20kHz se llaman ultrasónicas.
No podemos escuchar las ondas sonoras infrasónicas ni las
ultrasónicas.
SONIDO Y AUDICION
NATURALEZA DEL SONIDO EN EL AIRENATURALEZA DEL SONIDO EN EL AIRE
Imagina las ondas sonoras (u ondas acústicas) en un tubo como
muestra la figura. Para simplificar sólo se indican las ondas que se
propagan por el tubo. Cuando la rama del diapasón que está
junto a la boca del tubo llega al mismo, entra una compresión
en el tubo. Cuando la rama se aleja en dirección contraria, a la
compresión sigue un enrarecimiento. La frecuencia de la fuente
vibratoria y la de las ondas que produce son iguales.
2. VIBRACIONES Y ONDASVIBRACIONES Y ONDAS
Una vibración u oscilación es un vaivén en el
tiempo. Un vaivén tanto en el espacio como en el
tiempo es una onda.
La luz y el sonido son vibraciones que se propagan
en el espacio en forma de ondas, las primeras son
ondas electromagnéticas y las segundas ondas
mecánicas
OSCILACIÓN DE UN PÉNDULOOSCILACIÓN DE UN PÉNDULO
Si colgamos una piedra de un cordón tendremos un péndulo
simple.
Galileo descubrió que el tiempo que tarda un péndulo en ir y
venir en distancias pequeñas sólo depende de la longitud del
péndulo.
El tiempo de una oscilación de ida y vuelta, llamado período (T),
no depende de la masa del péndulo, ni del tamaño del arco en
el cual oscila. Un péndulo largo tiene un periodo más largo que
un péndulo corto; esto es, oscila de ida y vuelta con menos
SONIDO Y AUDICION
3. DESCRIPCIÓN DE UNA ONDADESCRIPCIÓN DE UNA ONDA
Cuando se ata una cuerda en un extremo y el otro se sujeta con
la mano, manteniendo la cuerda tensa, en ella se pueden
generar pulsos que viajen por la cuerda hasta llegar al otro
extremo y volver a la mano, con solo mover la mano de arriba
abajo. Si estos pulsos se generan a intervalos iguales de tiempo se
puede mantener la cuerda vibrando, o lo que es equivalente a
decir que se ha generado una onda en la cuerda.
La curva que adquiere la cuerda se llama sinusoide, es periódica
y presenta máximos y mínimos de igual amplitud.
SONIDO Y AUDICION
4. DESCRIPCIÓN DE UNA ONDADESCRIPCIÓN DE UNA ONDA
La longitud de onda (λ) es la distancia desde la cima de una
cresta hasta la cima de la siguiente cresta. También, longitud de
onda es la distancia entre dos partes idénticas sucesivas de la
onda. Las longitudes de onda de las olas en una playa se
expresan en metros, las de las ondulaciones en un estanque se
miden en centímetros y las de la luz en milésimas de millonésimas
de metro (nanómetros).
SONIDO Y AUDICION
Una oscilación completa de ida y vuelta es una vibración. Si se
hace en un segundo, la frecuencia es una vibración por segundo
(1Hz). Si en un segundo suceden dos vibraciones, la frecuencia es
dos vibraciones por segundo (2Hz).
La unidad de frecuencia se llama Hertz (Hz), en honor de Heinrich
Hertz, quien demostró la existencia de las ondas de radio en
1886. Una vibración por segundo es 1 Hertz; dos vibraciones por
5. MOVIMIENTO ONDULATORIOMOVIMIENTO ONDULATORIO
A través del movimiento ondulatorio se puede transferir energía
de una fuente hacia un receptor, sin transportar materia entre
los dos puntos, los casos más comunes son: el sonido que llega a
los oídos, la luz a los ojos y las señales electromagnéticas a las
radios y televisores.
El medio, que puede ser una cuerda o cualquier otra cosa,
regresa a su estado inicial después de haber pasado la
perturbación. Lo que se propaga es la perturbación, y no el
medio mismo.
RAPIDEZ DE UNA ONDARAPIDEZ DE UNA ONDA
La rapidez se define como una distancia dividida entre un
tiempo. En este caso, la distancia es una longitud de onda y el
tiempo es un período, por lo que la rapidez de la onda es igual
que longitud de onda entre el periodo, es decir:
v = λ / T
Como el periodo es igual al inverso de la frecuencia, se puede
SONIDO Y AUDICION
6. ONDAS TRANSVERSALESONDAS TRANSVERSALES
Si el movimiento de las
partículas del medio es
perpendicular a la dirección
de propagación de la onda,
se dice que la onda es
transversal. Ejemplos de esta
situación son: las ondas en
las cuerdas de los
instrumentos musicales, las
ondas en la superficie de los
líquidos, la luz, los rayos X, y
en general todas las ondas
electromagnéticas.
SONIDO Y AUDICION
ONDAS LONGITUDINALESONDAS LONGITUDINALES
Si el movimiento de las partículas
del medio es paralelo a la
dirección de propagación de la
onda, se dice que la onda es
longitudinal. Ejemplos de esta
situación son: el sonido, las
compresiones y descompresiones
del aire se realizan en la misma
dirección en que viaja la onda.
Las ondas principales (ondas P)
en un terremoto, entre otras.
7. EFECTO DOPPLEREFECTO DOPPLER
Si la fuente que genera los pulsos en el agua se
mueve, con una rapidez menor que las ondas. El
patrón de las ondas se distorsiona y ya no está
formada por círculos concéntricos. Un observador
en B vería que le llegan ondas más seguidas. Esto
se debe a que cada frente de onda sucesivo tiene
menos distancia por recorrer, y en consecuencia
llega a B con más frecuencia que si la fuente no se
moviera acercándose a B.
SONIDO Y AUDICION
Si la fuente que genera los pulsos en el agua se
mueve, con una rapidez menor que las ondas. El
patrón de las ondas se distorsiona y ya no está
formada por círculos concéntricos. Un observador
en B vería que le llegan ondas más seguidas. Esto
se debe a que cada frente de onda sucesivo tiene
menos distancia por recorrer, y en consecuencia
llega a B con más frecuencia que si la fuente no se
moviera acercándose a B.http://www.walter-fendt.de/ph11s/dopplereff_s.htm
8. ONDAS DE CHOQUEONDAS DE CHOQUE
Si la fuente que genera los pulsos en el agua se
mueve, con una rapidez mayor que las ondas. El
patrón de las ondas se distorsiona aún más y se
forma una serie de círculos concéntricos,
traslapados unos a otros, donde la envolvente
exterior es un cono, tal como muestra la figura.
SONIDO Y AUDICION
El cono envolvente es la superposición de los frentes de onda en
el aire, por lo que la compresión resultante es alta, este cono es
llamado anda de choque, ya que cuando alcanza a los
observadores en tierra, ellos percibirán un violento cambio de
presión. Esta subida de presión viene seguida de una
descompresión equivalente a la compresión.
En la figura se ve que el observador B escucha
el estampido sónico. El observador C ya lo oyó
y el observador A lo oirá dentro de un
momento. Puede ser que el avión que generó
esa onda de choque haya atravesado la
barrera del sonido bastante tiempo antes de
ser escuchado el estampido sónico
9. SONIDO Y AUDICION
Haz una pausa y reflexiona sobre la física del sonido (o la acústica)
mientras escuches tu radio. El altoparlante, altavoz o bocina de tu
radio es un cono de papel que vibra al ritmo de una señal
electrónica. Las moléculas de aire junto al cono en vibración de la
bocina se ponen a su vez en vibración. Este aire, a su vez vibra
contra las moléculas vecinas, que a su vez hacen lo mismo, y así
sucesivamente. El resultado es que del altoparlante emanan
distribuciones rítmicas de aire comprimido y enrarecido, llenando
todo el recinto con movimientos ondulatorios. El aire en vibración
que resulta pone a vibrar los tímpanos, que a su vez mandan
cascadas de impulsos eléctricos rítmicos por el canal del nervio
codear o auditivo hasta el cerebro. Y así escuchas el sonido de la
música.
10. SONIDO Y AUDICION
RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRERAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE
La rapidez del sonido depende de las condiciones del aire
(viento), como la temperatura y la humedad. No depende de la
intensidad ni de la frecuencia del sonido; todos los sonidos se
propagan con la misma rapidez. La rapidez del sonido en aire
seco a 0ºC es, aproximadamente, de 331 metros por segundo,
casi 1200 kilómetros por hora. Por cada grado de aumento de
temperatura sobre 0ºC, la rapidez del sonido en el aire aumenta
0.6 m/s.
La velocidad del sonido se puede obtener a partir de:RT
v
M
γ
=
Donde R es la constante de los gases ideales, M es la masa
molecular del gas (R/M=287J/kgK para el aire), γ es el coeficiente
adiabático (1,4 para el aire), y T es la temperatura absoluta en
Kelvin.
