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  • 1. Ondas sonoras Sonido. Fuentes de sonido. Rapidez de propagación del sonido. Intensidad del sonido. Nivel de intensidad del sonido.
  • 2.
    • En el caso de los tubos de aire, el extremo cerrado corresponde a un nodo, mientras que el abierto, a un antinodo.
    Ondas longitudinales 1° armónico 2° armónico n = 1,3,5,7,9,
  • 3. El sonido
    • El sonido, desde el punto de vista físico, es una onda longitudinal que se propaga en un medio elástico (aire, agua o sólidos).
    • Es producido por las fluctuaciones de la presión del aire, debidas a la oscilación de un objeto a determinada frecuencia.
    • La frecuencia de vibración se hace audible a los 200 Hz (infrasonido) y deja de percibirse cuando la frecuencia es superior a 200 000 Hz (ultrasonido).
    http://videos.howstuffworks.com/tlc/29843-understanding-sound-waves-video.htm
  • 4. Generadores de sonido Cuerdas vocales Parlantes Instrumentos musicales
  • 5.
    • Rapidez del sonido en varios medios materiales
    Rapidez de las ondas sonoras
    • La rapidez de una onda sonora en un fluido depende del módulo de volumen B y la densidad del fluido  :
    • Si el fluido es un gas ideal, la rapidez se expresa en términos de la temperatura T , la masa molar M y la razón de capacidades caloríficas  de un gas:
    • La rapidez de las ondas sonoras en una varilla sólida depende de la densidad del material  y el módulo de Young Y :
    5 100 Aluminio 3 560 Cobre 1 286 Hidrógeno (0°C) 1 500 Agua (25°C) 5 130 1 400 343 331 v (m/s) Acero Mercurio Aire (20°C) Aire(0°C) Medio
  • 6. Rapidez del sonido en el aire
    • También depende la velocidad del sonido en el aire de la temperatura del medio.
    • La temperatura del aire se mide en grados centígrados.
    • Ejemplo.
    • ¿Cuál es la velocidad del sonido en aire a (a) 10°C y (b) 20°C?
    http://www.elzo-meridianos.blogspot.com/2009/04/epidauro-el-teatro-del-mundo.html
  • 7. Percepción del sonido
    • A una frecuencia dada, cuando mayor sea la amplitud de la onda sonora (amplitud de presión), mayor será el volumen percibido.
    • La frecuencia de una onda sonora determina el tono : agudo (frecuencias altas) y graves (frecuencias bajas)
    • El timbre distingue entre dos tonos que pueden ser iguales pero que contiene diferente cantidad de armónicos .
    • El timbre se pone de manifiesto con analizadores de Fourier.
    Clarinete, f 1 = 233 Hz Flauta dulce, f 1 = 523 Hz
  • 8. Ejercicio
    • Ejemplo . A un individuo se le hace inhalar primero helio y pasado un rato, se inhala xenón. Con el gas en la boca le pide que hable con normalidad, pero nota un cambio notable en su voz en ambos casos. ¿Cuál es la frecuencia del sonido emitido en ambos casos si el sonido que emite en el aire es un DO (256 Hz) ? Considere que en ambos casos la longitud de onda del sonido permanece constante.
    • Solución
    • Esto significa que la voz del hombre se habr á hecho m á s aguda.
    • Esto significa que la voz del hombre se habrá hecho más grave.
  • 9. Reflexión y refracción de ondas
    • Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción .
    • En el caso de las ondas sonoras, la reflexión en una pared explica el fenómeno del eco .
    • El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades.
    • Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se desvía un cierto ángulo respecto de la incidente.
    Normal Onda incidente  b Ángulo de refracción Onda refractada Onda reflejada  a Ángulo de reflexión  a Ángulo de incidencia
  • 10. Difracción e interferencia de ondas
    • Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos interpuestos en su camino. Así, cuando una fuente de ondas alcanza una placa con un orificio o rendija central, cada punto de la porción del frente de ondas limitado por la rendija se convierte en foco emisor de ondas secundarias todas de idéntica frecuencia (Principio de Huygens). Los focos secundarios que corresponden a los extremos de la abertura generan ondas que son las responsables de que el haz se abra tras la rendija y bordee sus esquinas. La desviación de las ondas de su trayectoria original se conoce como difracción .
    • En los puntos intermedios se produce superposiciones de las ondas secundarias que dan lugar a zonas de intensidad máxima y de intensidad mínima típicas de los fenómenos de interferencias .
  • 11. Ultrasonido
    • Los equipos de ultrasonido transmiten pulsos de sonido de alta frecuencia (1 a 5 MHz) al cuerpo con ayuda de una sonda.
    • El método más usado para generar ultrasonidos de alta frecuencias se basa en el efecto piezoeléctrico.
    • Efecto piezoeléctrico directo
    • Consiste en que al ejercer esfuerzo de compresión o de tracción sobre determinados cristales, aparecen cargas eléctricas de signo opuesto en su superficie. Aquí la energía mecánica se transforma en energía eléctrica .
    • Efecto piezoeléctrico inverso
    • Al aplicar a este tipo de cristales un voltaje alterno que cambia en forma periódica el sentido de las cargas, se producen dilataciones y compresiones del cristal, es decir vibraciones mecánicas en forma de ultrasonido.
    • Aquí la energía eléctrica se transforme en energía mecánica .
  • 12. Movimiento oscilatorio del aire: Análisis por ultrasonido de las grietas en la pintura de la basílica de Nuestra Señora de los Desamparados (Valencia) http://www.cervantesvirtual.com/servlet/SirveObras/89142843210170586521457/024298_0079.pdf
  • 13. Intensidad del sonido
    • Se define la Intensidad ( I ) como la energía transportada por unidad de tiempo a través de la unidad de área de una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la onda, y se mide en W/m 2 .
    • Si la potencia de la fuente puntual es P , la intensidad media I 1 sobre una superficie esférica de radio r 1 es:
    • La intensidad media I 2 sobre una superficie esférica de radio mayor r 2 debe ser menor.
    Intensidad I 1 r 1 Fuente de las ondas I 2 < I 1 : misma potencia distribuida en un área mayor r 2
  • 14. Ejercicios
    • Prob. 34 Wilson Pág. 500
    • Calcule la intensidad del sonido generada por una fuente puntual de sonido de 1,00 W en un punto situado a 3,00 m de ella.
    • Solución
    • Prob. 40 Wilson Pág. 500
    • Si la potencia de una fuente sonora puntual se duplica, ¿en qué factor aumenta la intensidad del sonido en un punto determinado del espacio?
    • Rpta. Se duplica
    • Si la distancia desde una fuente se duplica, ¿en qué factor cambia la intensidad del sonido?
    • Rpta. Disminuye a la cuarta parte
    • Si la potencia se duplica y la distancia disminuye a la mitad, ¿en qué factor cambia la intensidad del sonido?
    • Rpta. Aumenta a 8 veces la intensidad inicial.
  • 15. Nivel de Intensidad
    • El sonido más débil que puede detectar el oído humano (a la frecuencia de 1 000 Hz ) corresponde a una intensidad aproximada de 10  12 W/m 2 (llamado « umbral auditivo » ).
    • El sonido más fuerte que puede soportar el oído corresponde a una intensidad aproximada de 1 W/m 2 (llamado « umbral del dolor » ).
    • Nivel sonoro. Debido al amplio rango de intensidades que puede detectar el oído humano, es más conveniente usar una escala logarítmica de intensidades, en donde el nivel de intensidad  se define por la ecuación:
    • Donde I 0 = 1,00  10  12 W/m 2 es la intensidad de referencia e I es la intensidad ( W/m 2 ) en el nivel  .
    • Los niveles de intensidad se expresan en decibeles ( dB ).
  • 16. Nivel sonoro
    • Tabla de niveles de intensidad y nivel sonoro
    • Un sistema acústico público está ajustado a un nivel de 70 dB para ser escuchado a 10 m . ¿Qué nivel de intensidad (en dB ) se percibe a 50 m ?
    • Solución
    • La intensidad a r 1 = 10 m es:
    • La intensidad a r 2 = 50 m es:
    • El nivel sonoro a r 2 = 50 m es:
  • 17. Ejercicios
    • Problema. La boca de un bebé está a 30 cm de la oreja del padre y a 1,50 m de la de la madre. ¿Qué diferencia hay entre los niveles de intensidad de sonido que escuchan ambos?
    • Solución
    • Además:
    • Problema. a) ¿En qué factor debe aumentar la intensidad de sonido para aumentar 13,0 dB el nivel de intensidad de sonido?
    • Solución