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Ondas sonoras

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Ondas sonoras

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Ondas sonoras

  1. 1. Semana 10 Sesión 1 Ondas. Ondas sonoras Repaso de ondas. Sonido. Fuentes de sonido. Rapidez de propagación del sonido. Intensidad del sonido. Nivel de intensidad del sonido.
  2. 2. Repaso: Tipos de ondas mecánicas <ul><li>Una onda mecánica es una perturbación que viaja por el material o sustancia que es el medio. Al desplazarse la perturbación, las moléculas del medio se desplazan de varias formas alrededor de su posición de equilibrio. </li></ul><ul><li>Cuando las partículas se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación de la perturbación, se dice que la onda es transversal . Ejemplo, la onda en la cuerda. </li></ul><ul><li>Cuando las partículas se desplazan en la misma dirección que la de la propagación de la perturbación, se dice que la onda es longitudinal . Ejemplo, las ondas producidas en fluidos. </li></ul>
  3. 3. Repaso: Ondas periódicas <ul><li>Si al extremo de una cuerda se le imprime un movimiento oscilatorio, entonces se genera una onda periódica. </li></ul><ul><li>Si la fuente de la perturbación realiza un MAS, se produce una onda viajera, de tipo senoidal, que se mueve hacia la derecha sobre la cuerda. </li></ul><ul><li>Bajo estas condiciones, las magnitudes características del movimiento ondulatorio son: </li></ul><ul><ul><li>Periodo (T) </li></ul></ul><ul><ul><li>Amplitud (A) </li></ul></ul><ul><ul><li>Frecuencia (1/T) </li></ul></ul><ul><ul><li>Longitud de onda ( λ ) </li></ul></ul><ul><li>La velocidad de propagación de la onda senoidal es igual a : </li></ul>Longitud de onda
  4. 4. Ejercicios <ul><li>Una onda en agua es ( a) transversal, (b) longitudinal o (c) una combinación de ambas. </li></ul><ul><li>¿Qué tipo de onda es la que se muestra en la figura? </li></ul>
  5. 5. Ejercicios <ul><li>Wilson Prob. 69 Pág. 464 </li></ul><ul><li>Un estudiante que lee su libro de física en el muelle de un lago nota que la distancia entre dos crestas de olas es de aproximadamente 0,75 m, y luego mide el tiempo entre que llegan dos crestas obteniendo 1,6 s . ¿Qué rapidez aproximada tienen las olas? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>Periodo: 1,6 s </li></ul><ul><li>Longitud de onda: 0,75 m </li></ul><ul><li>Wilson Prob. 75 Pág. 464 </li></ul><ul><li>Un generador de sonar de un submarino produce ultrasonidos con una frecuencia de 2,50 MHz . La longitud de onda de esas ondas de agua de mar es de 4,80 x 10 -4 m . Cuando un generador se dirige hacia abajo, un eco reflejado por el suelo marino se recibe 10,0 s más tarde. ¿Qué profundidad tiene el océano en ese punto? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>Frecuencia </li></ul><ul><li>Longitud de onda </li></ul><ul><li>Tiempo de descenso: </li></ul>
  6. 6. El sonido <ul><li>El sonido, desde el punto de vista físico, es una onda longitudinal que se propaga en un medio elástico (aire, agua o sólidos). </li></ul><ul><li>Es producido por las fluctuaciones de la presión del aire, debidas a la oscilación de un objeto a determinada frecuencia. </li></ul><ul><li>La frecuencia a la que la vibración se hace audible es a los 200 Hz. Deja de percibirse cuando la frecuencia es superior a 200 000 Hz. </li></ul><ul><li>Antes es infrasonido. Después, ultrasonido. </li></ul>http://videos.howstuffworks.com/tlc/29843-understanding-sound-waves-video.htm
  7. 7. Generadores de sonido Cuerdas vocales Parlantes Instrumentos musicales
  8. 8. <ul><li>Rapidez del sonido en varios medios materiales </li></ul>Rapidez de las ondas sonoras <ul><li>La rapidez de una onda sonora en un fluido depende del módulo de volumen B y la densidad del fluido  : </li></ul><ul><li>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: </li></ul><ul><li>La rapidez de las ondas sonoras en una varilla sólida depende de la densidad del material  y el módulo de Young Y : </li></ul>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
  9. 9. Rapidez del sonido en el aire <ul><li>También depende la velocidad del sonido en el aire de la temperatura del medio. </li></ul><ul><li>La temperatura del aire se mide en grados centígrados. </li></ul><ul><li>Ejemplo. </li></ul><ul><li>¿Cuál es la velocidad del sonido en aire a (a) 10°C y (b) 20°C? </li></ul><ul><li>El teatro de Epidauro </li></ul>http://www.elzo-meridianos.blogspot.com/2009/04/epidauro-el-teatro-del-mundo.html
  10. 10. Intensidad del sonido <ul><li>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 . </li></ul><ul><li>Si la potencia de la fuente puntual es P , la intensidad media I 1 sobre una superficie esférica de radio r 1 es: </li></ul><ul><li>La intensidad media I 2 sobre una superficie esférica de radio mayor r 2 debe ser menor. </li></ul>Intensidad I 1 r 1 Fuente de las ondas I 2 < I 1 : misma potencia distribuida en un área mayor r 2
  11. 11. Ejercicios <ul><li>Prob. 34 Wilson Pág. 500 </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>Prob. 40 Wilson Pág. 500 </li></ul><ul><li>Si la potencia de una fuente sonora puntual se duplica, ¿en qué factor aumenta la intensidad del sonido en un punto determinado del espacio? </li></ul><ul><li>Rpta. Se duplica </li></ul><ul><li>Si la distancia desde una fuente se duplica, ¿en qué factor cambia la intensidad del sonido? </li></ul><ul><li>Rpta. Disminuye a la cuarta parte </li></ul><ul><li>Si la potencia se duplica y la distancia disminuye a la mitad, ¿en qué factor cambia la intensidad del sonido? </li></ul><ul><li>Rpta. Aumenta a 8 veces la intensidad inicial. </li></ul>
  12. 12. Nivel de Intensidad <ul><li>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 » ). </li></ul><ul><li>El sonido más fuerte que puede soportar el oído corresponde a una intensidad aproximada de 1 W/m 2 (llamado « umbral del dolor » ). </li></ul><ul><li>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: </li></ul><ul><li>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  . </li></ul><ul><li>Los niveles de intensidad se expresan en decibeles ( dB ). </li></ul>
  13. 13. Nivel sonoro <ul><li>Tabla de niveles de intensidad y nivel sonoro </li></ul><ul><li>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 ? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>La intensidad a r 1 = 10 m es: </li></ul><ul><li>La intensidad a r 2 = 50 m es: </li></ul><ul><li>El nivel sonoro a r 2 = 50 m es: </li></ul>
  14. 14. Ejercicios <ul><li>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? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul><ul><li>Además: </li></ul><ul><li>Problema. a) ¿En qué factor debe aumentar la intensidad de sonido para aumentar 13,0 dB el nivel de intensidad de sonido? </li></ul><ul><li>Solución </li></ul>

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