Este documento presenta información sobre ondas de sonido y luz. Explica que el sonido se propaga como ondas mecánicas longitudinales a través de medios elásticos como el aire, agua y metales. La velocidad del sonido depende del medio y la temperatura. También describe las cualidades del sonido como intensidad, tono y timbre. Además, explica el efecto Doppler y cómo la frecuencia aparente del sonido cambia cuando la fuente o el observador se mueven. Finalmente, incluye tablas sobre la

1. Unidad Dos:
Sonido y Luz.

2. PROPÓSITO DE LA UNIDAD
Que el estudiante de tercer semestre, conozca
fenómenos involucrados con el sonido y
fenómenos relacionados con la luz que se
desarrollan en su contexto o en su entorno, para
tomar medidas preventivas y no sufrir algún daño
directo o indirecto en el transcurso de vida, por
insignificantes que sean y poder tomar medidas
preventivas y no poner en riesgo su integridad
física (vida).

3. 2.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas.
Una onda mecánica es una perturbación que se propaga en un
medio material (sólido, líquido o gaseoso). Las ondas mecánicas
requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se
deforma y recupera vibrando al paso de la onda.
Hay dos tipos de ondas mecánicas:
a) Ondas transversales. Si los movimientos de las partículas de
materia donde se propaga la onda son perpendiculares a la
dirección de propagación de la onda misma, decimos que se trata
de una onda transversal.

4. b) Ondas longitudinales. Si el movimiento de las partículas del
medio material que transporta la onda, coincide con la dirección
de propagación. Las ondas sonoras son ejemplos de ondas
longitudinales. Las moléculas de un gas líquido o sólido a través
de los cuales se propaga el sonido oscilan en la misma dirección
de propagación; comprimen y enrarecen alternativamente el
medio .

5. Ejemplos de ondas mecánicas:
a) Las ondas que se forman en la superficie del agua,
b) las ondas en muelles o en cuerdas.
Sin embargo, existen ondas que pueden propagarse aun en ausencia
de medio material, es decir, en el vacío. Son las ondas
electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta
segunda categoría pertenecen las ondas luminosas, las de radio y
televisión, las microondas, rayos x, etc.

7. El sonido
Es una sensación
producida por
Vibraciones
Se caracteriza por
Propagarse por un medio.
Natural. A 340
m
s
en el
aire. En todas las
direcciones.
Sus cualidades son:
Timbre
Tono
Intensidad
Los fenómenos
acústicos más
importantes son:
La reflexión
El eco y la
reverberación
Agudo
Grave
VocesInstrumentos
17 m

8. Para estudiar el sonido mencionaremos a las ondas mecánicas
longitudinales, conocidas como ondas sonoras. El sonido se
produce cuando un cuerpo es capaz de vibrar a una frecuencia
comprendida entre 20
ciclos
s
y 20000
ciclos
s
, denominada gama de
frecuencias del espectro audible. El sonido se transmite en todas las
direcciones en forma de ondas a través de medios elásticos. En
Física la ciencia que estudia el Sonido, se llama Acústica.

9. 2.2. Sonido: medios de propagación, velocidad, cualidades y
efecto Doppler.
a) Sonido.
El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el
movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire),
debido a cambios rápidos de presión, generados por el movimiento
vibratorio de un cuerpo sonoro, el que podemos percibir por medio
del sentido del oído.
El sonido es una forma de energía, se genera por la vibración de
objetos materiales. En un piano, un violín o una guitarra una cuerda
que vibra produce ondas sonoras; en un saxofón, las produce una
lengüeta que vibra; en una flauta, una columna de aire ondulante que
entra por la boquilla del instrumento. Tu voz es producto de la
vibración de las cuerdas vocales.

10. b) Medios de propagación del
sonido:
• El sonido se transmite en
forma de ondas que se forman
al vibrar los cuerpos. Estas
ondas necesitan de un medio
físico (Gaseoso, líquidos y
solidos) para poder
propagarse. En el vacío no se
transmite el sonido.
• En el aire la velocidad de
propagación del sonido es de
340
m
s
.
• En el agua es de 1500
m
s
.
• En el vidrio es de 4500
m
s
.

11. c) Velocidad del sonido
La velocidad con la que se propaga el sonido depende del medio elástico
y de la temperatura. En la tabla del tema 2.3, se observa que la velocidad
es mayor en los sólidos, menor en los líquidos y menor en los gases.
Sabemos que el sonido se propaga con mayor velocidad en los sólidos,
menor velocidad en los líquidos y menor velocidad en los gases (aire).
Velocidad de propagación. Es aquella con la que se propaga un pulso a
través de un medio. En otras palabras, es la velocidad con que se
desplazan los frentes de una onda en la dirección del rayo vector.
La velocidad con la que se propaga una onda está en función de la
elasticidad y la densidad del medio; mientras éste es más elástico y
menos denso, la velocidad de propagación será mayor. En general, dicha
velocidad en un medio específico siempre es el mismo valor y puede
calcularse con la expresión:

12. v =
𝜆
𝛵
Donde
v = velocidad de propagación
m
s
 = longitud de onda
m
ciclos
T = período
s
ciclos
Como
T =
1
𝐹
v =
𝜆
1
1
𝐹
v =
(𝜆)(𝐹)
1
v = 𝜆𝐹
Como en Física I
v =
𝑑
𝑡
Donde
v = velocidad de propagación
m
s
d = distancia m
t = tiempo s
1
2
3

13. Ejemplo 1.
Un barco provisto de sonar emite una señal ultrasónica para
detectar la profundidad del mar en un punto. Si la señal tarda 1.2
segundos en regresar al barco, ¿Cuál es la profundidad del mar en
ese lugar?
Figura

14. Ejemplo 2.
Se percibe el resplandor de un rayo y 5 segundos después se
escucha el sonido del trueno, calcular a que distancia del
observador cayo el rayo.

15. Ejemplo 3.
Calcular las longitudes de ondas de tres sonidos cuyas frecuencias
son 369 Hz, 4280 Hz y 8986 Hz si:
a) Se propagan en el aire.
b) Se propagan en el agua.
c) Se propaga en el vidrio.
1 Hertz = 1
ciclos
s

16. d) Cualidades del sonido.
Los sonidos poseen unas cualidades que nos permiten diferenciar
unos de otros.
• La intensidad: volumen de un sonido, que puede ser más fuerte
o más débil.
• El tono: Cualidad que permite a un sonido ser agudo o grave.
• El timbre: conjunto de características que permiten distinguir
cada voz o instrumento.

17. e) Efecto Doppler.
Fenómeno que consiste en un cambio aparente de la frecuencia de
un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la
fuente sonora.
Fenómeno que se aprecia claramente al escuchar la sirena de una
ambulancia, notamos 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 distancias 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 distancia entre cresta aumenta y
origina una disminución en la frecuencia; debido a ello se escucha
un sonido grave.

18. También suele suceder 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 el efecto contrario.
Para calcular la frecuencia aparente de un sonido que escucha un
observador, tenemos las siguientes situaciones:
a) Cuando la fuente sonora está en movimiento y el observador en
reposo, la fórmula es.
F’ =
(𝐹)(V)
V
+
−
v
Fuente sonora en movimiento

19. 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.
(Fuente sonora en movimiento).
Donde:
F’ = Frecuencia aparente escuchada por el observador
ciclos
s
F = Frecuencia real del sonido emitido por la fuente
ciclos
s
V = Velocidad del sonido en el aire
m
s
v = velocidad de la unidad móvil
m
s

20. Ambulancia está en movimiento
Alejándose Acercándose
A B

21. Ejemplo 1.
Una ambulancia lleva una velocidad de 86
𝑘m
ℎ
y su sirena suena con
una frecuencia de 2879 Hz. Qué frecuencia aparente escucha un
observador que está parado, cuando:
a) La ambulancia se acerca a él.
b) La ambulancia se aleja de él.

22. b) Si la fuente sonora está en reposo y el observador en movimiento
y es quien se acerca o se aleja de ella, se usará la fórmula.
F’ =
(F)(V
+
−
v)
V
El signo (+) se utiliza si el observador se acerca a la fuente sonora y
el (-), cuando se aleja. (Observador en movimiento y fuente sonora en
reposo).
Donde:
F’ = Frecuencia aparente escuchada por el observador
ciclos
s
F = Frecuencia real del sonido emitido por la fuente
ciclos
s
V = Velocidad del sonido en el aire
m
s
v = velocidad de la unidad móvil
m
s

24. Ejemplo 2.
Un automovilista viaja a una velocidad de 100
𝑘m
ℎ
escucha el silbato
de una fábrica cuya frecuencia es de 1990 Hz. Calcular la frecuencia
aparente escuchada por el automovilista cuando:
a) Se acerca a la fuente.
b) Se aleja de la fuente.

25. Aplicaciones del efecto Doppler.
El efecto Doppler posee muchas aplicaciones.
Este fenómeno se emplea en los radares que
se utilizan para medir la velocidad de los
automóviles y de las pelotas en varios
deportes.
También en la astronomía utilizan el efecto
Doppler de la luz de galaxias distantes para
medir su velocidad y deducir su distancia.
Los médicos usan fuentes de ultrasonido para
detectar las palpitaciones del corazón de un
feto; los murciélagos lo emplean para detectar
y cazar a un insecto en pleno vuelo. Cuando
el insecto se mueve más rápidamente que el
murciélago, la frecuencia reflejada es menor,
pero si el murciélago se está acercando al
insecto, la frecuencia reflejada es mayor.

26. 2.3. Naturaleza y velocidad del sonido en diferentes medios.
Velocidad Temperatura
Estados Medio Elástico
ºK ºC
Aire 331.4 273 0
Aire 340 288 15
Gaseoso
Oxigeno 317 273 0
Hidrogeno 1286 273 0
Helio 972 273 0
1435 281 8
Agua natural 1450 288 15
1493 298 25
Líquidos
Agua de mar 1533 298 25
Mercurio 1450 298 25
Alcohol metílico 1493 298 25
s
m

27. Velocidad Temperatura
Estados Medio Elástico
ºK ºC
Hierro 5130 293 20
Acero 5130 293 20
Sólidos
Aluminio 5100 293 20
Vidrio 4500 293 20
Plomo 1322 298 25
Madera (roble) 3850 293 20
Caucho 54 298 25
Hule vulcanizado 54 298 25
s
m

28. Actividad: Efecto Doppler.
Objetivo: Experimentar el efecto Doppler en el sonido.
Material:
a) Un reloj eléctrico ruidoso (entre más ruidoso, mejor).
b) Una bolsa chica de tela.
c) Una cuerda (de 1.5 a 2 metros de largo).
2.4. Demuestra experimentalmente y/o con situaciones de contexto o
con ilustraciones o prototipos o ejercicios, los fenómenos del
sonido.
a) b) c)
Imágenes

29. Procedimiento:
Se amarra bien la cuerda a las asas de la bolsa de tela. Luego
se introduce el reloj en la bolsa, con la alarma encendida.
Se sostiene con una mano el extremo libre de la cuerda y se
pone a girar la bolsa por arriba de la cabeza, describiendo
una circunferencia horizontal. Mientras una persona le da
vueltas a la bolsa de modo vigoroso, otra se sitúa
aproximadamente a dos metros de la primera a fin de
escuchar el cambio de tono, o sea, el efecto Doppler, cuando
el reloj se acerca o se aleja de ella.
Enseguida, intercambian posiciones, de tal forma que quien
le daba vueltas al reloj, pueda ahora percibir el efecto
Doppler.

30. Mano a la obra estimados estudiantes

31. Ejercicio 3.
Una ambulancia cuya sirena emite un sonido de 1000 Hz se esta
alejando de una patrulla con una rapidez de 50
𝑚
𝑠
con respecto a la
carretera, y la patrulla se mueve hacia la ambulancia con una rapidez
de 40
𝑚
𝑠
con respecto a la carretera, ¿Qué frecuencia escucha el
patrullero? El sonido viaja a 340
𝑚
𝑠
.

32. 2.4.1. Leyes de la Reflexión y Refracción del sonido.
La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que
ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma
que regresa al medio inicial.
REFLEXIÓN
A menos de 17 m llegaran 2 sonidos.
Reverberación: - Sonido producido + reflejado
- A menos de 0.1 s llega a reverberación
- Para que no halla reverberación debe estar en 0.1 s

33. Una aplicación de este fenómeno sonoro se utiliza para la
fabricación de los sonar que incluyen algunos barcos para medir la
profundidad del mar.
El sonar es un ejemplo de reflexión sonora

34. La Refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un
medio material a otro. Este se origina por el cambio de velocidad que experimenta
dicha onda.
A diferencia de lo que ocurre en el fenómeno de la reflexión, en la refracción, el
ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia. La refracción también puede
producirse dentro de un mismo medio, cuando las características de este son
homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o
disminuye la temperatura.

35. La luz
Es una forma de
energía que se
caracteriza por
Ser el
fenómenos
más rápido del
universo.
Se propaga en
todas las
direcciones.
Se propaga en
línea recta.
Es producida
por
Fuentes
luminosas
Los cuerpos ante
la luz pueden ser:
OpacosTranslúcidosTransparentes
Los fenómenos
más importantes
son:
La
reflexión
La
refracción
Que pueden
ser
ArtificialesNaturales

36. Naturaleza y velocidad de la luz en diferentes
Medio
elástico
velocidad
𝒎
𝒔
Vacío 300000000
Aire 299910000
Agua 225564000
Etanol 220588000
Cuarzo 205479000
Vidrio crown 197368000
Vidrio flint 186335000
Diamante 123967000
Vidrio Crown: Es el vidrio óptico que se
caracteriza por ser incoloro y una elevada
transparencia, y una pureza óptica con óptima
estabilidad a la intemperie, los ácidos y
especialmente al desgaste.
Vidrio Flint: Es para fines ópticos y el vidrio
"cristalino", para las vajillas, son vidrios al plomo.
También se utilizan para tubos de termómetros,
piezas de lámparas eléctricas y tubos de anuncios
de neón. Tienen gran densidad y se utilizan para
proteger de la radiación de alta energía y para
ventanas de radiación absorben los rayos X-,
carcasas de lámparas fluorescentes y lámparas de
televisión. El principal inconveniente que presentan
estos vidrios es el de ser más blandos que los de
sodio y calcio.

37. Leyes de la Reflexión y Refracción de la luz.
La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al
entrar en contacto con la superficie de separación entre dos
medios cambiantes, regresa al punto donde se originó.

38. La refracción es el cambio de dirección que experimenta
una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se
produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie
de separación de los dos medios y si estos tienen índices
de refracción distintos.

42. Formación de imágenes en lentes y espejos.
Lente: Son cuerpos transparentes, limitados al menos por una
superficie curva donde la luz se refracta, estos se clasifican en;
lentes convergentes y lentes divergentes.
Formación de Imágenes en Espejos
a) Lentes convergentes: Los rayos de luz
que llegan paralelos a la lente se
refractan y convergen en un punto
ubicado tras la lente llamado foco. Se
caracterizan por tener un centro grueso.
b) Lentes divergentes: Los rayos de luz
que llegan paralelos a la lente se
refractan, abriéndose como si vinieran de
un punto situado frente a la lente,
llamado foco virtual. Se caracterizan por
tener un centro angosto y extremos
gruesos.

44. Espejo. Son superficies pulidas donde la luz se refleja
formando imágenes, que encontramos de dos tipos
planos y esféricos, estos últimos a su vez se dividen en
espejos cóncavos y convexos.
Formación de Imágenes en Espejos
a)Espejos Planos: Forman
una imagen virtual,
volteada en el sentido
izquierda-derecha, de
igual tamaño que el
objeto real.
Espejo plano

45. Formula para calcular el número de imágenes dos espejos
planos formando con diferentes ángulos.
Número de imágenes =
360°
ángulo
- 1 N =
360°
∠𝜃
- 1
Ejemplo 1.
Si trabajamos con dos espejos planos formando un ángulo de
20º. ¿Cuantas imágenes se observan?
Ejemplo 2.
¿Calcular el ángulo que forman dos espejos planos si entre ellos
se observan 14 imágenes?

49. b)Espejos Esféricos. Un espejo esférico es un espejo con
una superficie curva. Se pueden clasificar en dos tipos de
espejos: cóncavos, que poseen una superficie curva hacia
dentro, y convexos, que poseen una superficie curva hacia
fuera.
Espejo cóncavo Espejo convexo

50. CUESTIONARIO (primera parte)
1. Cómo se define una onda mecánica.
2. Cuál es la definición de las ondas longitudinales y
transversales.
3. Defina las ondas lineales y las superficiales.
4. ¿Por qué las ondas sonoras son tridimensionales?
5. Explique los siguientes conceptos:
a)Longitud de onda.
b)Frecuencia.
c)Período.
d)Nodo.
e)Elongación.
f)Amplitud de onda.
g)Velocidad de propagación.

51. 6. Cuándo se presenta el fenómeno de reflexión de una onda y
mencione algunos ejemplos.
7. ¿Cuándo se produce la interferencia de ondas?
8. Explique cuándo se presenta la refracción y difracción de
ondas.
9. Qué frecuencia tiene una onda que se transmite en una cuerda
tensa, cuya velocidad de propagación de 299
m
S
y la longitud de
onda de 0.8
m
ciclos
.
10.¿Cuál es la velocidad con que se propaga una onda
longitudinal en un resorte, con una frecuencia de 205 Hz y su
longitud de onda de 0.69
m
ciclos
11.Se produce un tren de ondas en una cuba de ondas, entre cresta
y cresta hay una distancia de 0.04 m, con una frecuencia de 89
Hz. ¿Cuál es la velocidad de propagación de las ondas?

52. 12. En una cuerda tensa se producen ondas con una frecuencia de
390 Hz y velocidad de propagación de 185
m
S
. ¿Cuál es la
longitud de onda?
13. Determinar cuál es la frecuencia y el período de las ondas
producidas en una cuerda de violín si la velocidad de
propagación es de 298
m
S
y la longitud de onda es de 0.35
m
ciclos
14. Calcular la velocidad con la que se propaga una onda
longitudinal cuya frecuencia es de 720
ciclos
S
, la longitud de
onda 10
ciclos
S
.
15. Por una cuerda tensa se propagan ondas con una frecuencia de
200 Hz y una velocidad de propagación de 130
m
S
. ¿Cuál es su
longitud de onda?

53. 16. Una lancha sube y baja por el paso de las olas cada 3.2
s
ciclos
, entre cresta y cresta hay una distancia de 24.5
m
ciclos
¿Cuál es la velocidad con que se mueven las olas?
17. Calcular la frecuencia y el período de las ondas producidas
en una cuerda de guitarra que tienen una velocidad de
propagación de 140
m
S
y la longitud de onda es de 0.3
m
ciclos
.
18. Si tenemos dos espejos planos formando un ángulo de 68º.
¿Cuantas imágenes se observan?
19. ¿Cuál es el ángulo que forman dos espejos planos si entre
ellos se observan 40 imágenes virtuales?