El sonido
¿QUÉ ES EL SONIDO?
Podemos definir el sonido como una sensación auditiva que está producida por la vibración de algún objeto. Estas vibraciones son captadas por nuestro oído y transformadas en impulsos nerviosos que se mandan a nuestro cerebro.
Cómo se produce el sonido
El sonido solo se produce sonido cuando un cuerpo vibra muy rápidamente.
La vibración del elástico produce un sonido
La frecuencia es el número de vibraciones u oscilaciones completas que se efectúan en 1 segundo.
Se producen sonidos audibles cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz (Hercio, unidad de medida para la frecuencia).
Una guitarra produce sonido si vibra con una frecuencia
comprendida entre 20 y 20000 Hz
El sonido se transmite a través de medios materiales, sólidos, líquidos o gaseosos pero nunca a través del vacío.
El sonido se produce cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz y existe un medio material en el que pueda propagarse.
El sonido es una onda. Una onda es una perturbación que se propaga por el espacio. En una onda se propaga energía, no materia.
El sonido se propaga en el aire a una velocidad de 340 m/s a temperatura normal (aproximadamente a 20º).
Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos necesita un espacio o medio de propagación, este normalmente suele ser el aire la velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º es de 331,6 m/s.
La velocidad de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.
La velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica. Como hemos visto cuando mayor sea la temperatura del ambiente menos rápido llegara el sonido a nuestros oídos, es por eso que algunas personas dicen que "en invierno se suele escuchar mejor" es decir, a mayor temperatura menor respuesta del sonido en el aire.
|
MEDIO |
TEMPERATURA (C°) |
VELOCIDAD (m/s) |
|
Aire |
0 |
331,46 |
|
Argón |
0 |
319 |
|
Bióxido de Carbono |
0 |
260,3 |
|
Hidrógeno |
0 |
1286 |
|
Helio |
0 |
970 |
|
Nitrógeno |
0 |
333,64 |
|
Oxigeno |
0 |
314,84 |
|
Agua destilada |
20 |
1484 |
|
Agua de mar |
15 |
1509,7 |
|
Mercurio |
20 |
1451 |
|
Aluminio |
17-25 |
6400 |
|
Vidrio |
17-25 |
5260 |
|
Oro |
17-25 |
3240 |
|
Hierro |
17-25 |
5930 |
|
Plomo |
17-25 |
2400 |
|
Plata |
17-25 |
3700 |
|
Acero inoxidable |
17-25 |
5740 |
El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distinta densidad. En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases (como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.509,7 m/s en el agua y de unos 5.930 m/s en el acero Un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente.
Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio. Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia.
No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio.
El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. El sonido no se propaga en el vacío.
Cualidades del sonido
Intensidad
La intensidad o el volumen es la cualidad que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o débiles y esta relacionada directamente con la magnitud física “Intensidad de la onda” que es la cantidad de energía que transporta la onda por unidad de superficie y unidad de tiempo.
Tono
El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y esta relacionada directamente con la magnitud física “frecuencia”.Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los sonidos altos son los de gran frecuencia.
Timbre
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Por ejemplo nos permite distinguir el sonido de una trompeta y un violín aunque emitan la misma nota con la misma intensidad.
CUERDAS SONORAS
Elemento vibratorio que origina el sonido en el sonido en los instrumentos musicales de cuerda; tales como la guitarra, el arpa, el piano; o miembros de familia de violines decendientes lejanos de antiguas vihuelas.
Tubos sonoros
Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos, que poseen dos o más.
Tubos abiertos
Los tubos abiertos entran en resonancia con un sonido cuando su longitud es un múltiplo de
long. de onda/2. ----> o sea n.long onda / 2
por lo tanto la longitud L del tubo se puede medir por sus longitudes de ondas....
L=long. onda /2, o L=long. onda , o , L=3.long. onda /2, ... en general L=n. long. onda/2.....n=1, 2, 3... es un número entero
(1) long. onda = 2.L / n
long. de onda = Vs / f = Vs. T
(velocidad del sonido (344 m/s) dividido por la frecuencia o multiplicado por el periodo da igual)
por lo tanto
f = Vs / long. onda reemplazando con (1)
f = Vs / 2.L / n
f = n . Vs / 2.L n=1,2,3........
Tubo sonoro cerrado
Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado. Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4. La longitud L del tubo es en las figuras representadas es L=l /4, L=3l /4, L=5l /4...
En general L=(2n+1) l /4; con n=0, 1, 2, 3, ...
Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula
fn=(2n+1)v/4L
Efecto Doppler
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Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler en honor a su descubridor. En primer lugar, vamos a observar el fenómeno, y después obtendremos la fórmula que relaciona la frecuencia de las ondas observadas con la frecuencia de las ondas emitidas, la velocidad de propagación de las ondas vs, la velocidad del emisor vE y la velocidad del observador vO. Consideraremos que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente representaremos los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas. En la simulación más abajo, fijaremos la velocidad de propagación del sonido en una unidad vs=1, y el periodo de las ondas sea también la unidad, P=1, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad, l =vsP.
El observador en reposoEmpezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones dependiendo de la velocidad del emisor. Recordaremos que en el estudio de las del movimiento ondulatorio armónico, se estableció la relación entre longitud de onda y periodo, l =vsP. El emisor está en reposo (vE=0)
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Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado. Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4. La longitud L del tubo es en las figuras representadas es L=l /4, L=3l /4, L=5l /4...
En general L=(2n+1) l /4; con n=0, 1, 2, 3, ...
Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula