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El sonido

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El sonido desde el punto de vista de Física. Incluye características y ejemplos

El sonido

  1. 1. El sonido Capítulo 16 Prof. Elba M. Sepúlveda 2003
  2. 2. Sonido <ul><li>Onda longitudinal que posee áreas de compresión y dilatación de las moléculas de gas </li></ul><ul><li>No se puede transmitir en el vacío. </li></ul>
  3. 3. Las ondas sonoras <ul><li>Onda sonora </li></ul><ul><ul><li>Oscilación de presión que se propaga por un medio </li></ul></ul><ul><ul><li>La velocidad del sonido en el aire es 343 m/s </li></ul></ul><ul><li>Sonido Estéreo </li></ul><ul><ul><li>Se escuchan dos fuentes de sonido simultáneas </li></ul></ul>
  4. 4. Las ondas sonoras pueden: <ul><li>Reflejar </li></ul><ul><ul><li>Por objetos rígidos como una pared </li></ul></ul><ul><ul><li>Ejemplo: el eco </li></ul></ul><ul><li>Difractar </li></ul><ul><ul><li>Pasar por una abertura pequeña </li></ul></ul><ul><li>Interferir </li></ul><ul><ul><li>Ejemplo en un coliseo lleno de personas no se escucha nada (ruido solamente) </li></ul></ul>
  5. 5. Ecuación de velocidad sonido <ul><li>Para cualquier onda de sonido aplican las mismas ecuaciones de velocidad de una onda </li></ul><ul><li>V=  f </li></ul><ul><li>v sound in air = 33 1.4 m/s + ( 0.6m/s / °C ) ( T ° C ) </li></ul><ul><li>331.4= velocidad del sonido a 0 ° C </li></ul><ul><li>T ° C = Temperatura del ambiente y/o muestra </li></ul>
  6. 6. Ecuación velocidad sonido <ul><li>Cuando el sonido se mueve en un gas diferente al aire la ecuación es </li></ul>
  7. 7. Ejemplo #1 <ul><li>A)¿ Cuánto es la velocidad del sonido en el aire si su temperatura es de 30 °C? </li></ul><ul><li>B) Si la temperatura disminuye a 15 °C, ¿ Cuánto es la velocidad ? </li></ul>
  8. 8. Solución problema #1 <ul><li>A) v sound in air = 33 1.4 m/s + ( 0.6m/s / °C ) ( T ° C ) </li></ul><ul><li>v sound in air = 33 1.4 m/s + ( 0.6m/s / °C ) ( 30 ° C ) </li></ul><ul><li>=331.4 m/s + 18 m/s = 349.4 m/s </li></ul><ul><li>=349 m/s </li></ul><ul><li>B) v sound in air = 33 1.4 m/s + ( 0.6m/s / °C ) ( T ° C ) </li></ul><ul><li>v sound in air = 33 1.4 m/s + ( 0.6m/s / °C ) ( 15 ° C ) </li></ul><ul><li>=331.4 m/s + 9 m/s = 340.4 m/s </li></ul><ul><li>=340 m/s </li></ul>
  9. 9. Tabla velocidades
  10. 10. Intensidad del sonido <ul><li>El oido humano puede detectar las características de una onda como: </li></ul><ul><li>Frecuencia (f) – (Hertz) </li></ul><ul><li>Longitud – (metros) </li></ul><ul><li>Amplitud – (metros) </li></ul><ul><li>Sonido de 400 Hz </li></ul>
  11. 11. El tono y la sonoridad <ul><li>Tono </li></ul><ul><ul><li>Es el equivalente a la frecuencia </li></ul></ul><ul><li>Sonoridad </li></ul><ul><ul><li>Amplitud de la onda </li></ul></ul><ul><li>Distinguir entre la intensidad del sonido y la sensación del sonido producido por la mente </li></ul><ul><li>Octava = cuando la frecuencia entre dos notas está a razón de 2 a 1 </li></ul><ul><ul><li>Ejemplo 440Hz y 880 Hz </li></ul></ul>
  12. 12. Nivel de sonido <ul><li>Debido a la magnitud del sonido que escuchamos </li></ul><ul><li> = 10 log 10 (I/I o ) </li></ul><ul><ul><li> = decibel de sonido </li></ul></ul><ul><ul><li>I = intensidad en (W/m 2 ) W=Watts (vatios) </li></ul></ul><ul><ul><li>I o = intensidad estándard de referencia escogida por su cercanía al límite de la audición del oído humano </li></ul></ul><ul><ul><li>(= 10 -12 W/m 2 ) </li></ul></ul>
  13. 13. Decibel <ul><li>Decibel = db </li></ul><ul><li>Es la unidad de sonido </li></ul><ul><li>Establecida por Alexander Graham Bell </li></ul><ul><li>Umbral de audición= 0 db </li></ul><ul><li>Umbral del dolor= 120 db </li></ul><ul><li>Comparación de intensidades: </li></ul><ul><li>I 2 /I 1 = 10 (  2-  1)/10 </li></ul>
  14. 14. Ejemplo #2 <ul><li>A) Determina el nivel de sonido de una música cuya intensidad es 1 X10 -6 W/m 2 </li></ul><ul><li>B) Determina el nivel de sonido para una música cuya intensidad es 1 X10 1 W/m 2 </li></ul>
  15. 15. Solución #2 <ul><li> = 10 log 10 (1X 10 -6 /1X 10 -12 ) </li></ul><ul><ul><li>=10 log 10 (1,000,000) </li></ul></ul><ul><ul><li>10 (6)= 60 db </li></ul></ul><ul><li> = 10 log 10 (1X 10 1 /1X 10 -12 ) </li></ul><ul><ul><li>= 10 log 10 (10 13 ) = </li></ul></ul><ul><ul><li>= (10)(13) = 130 db </li></ul></ul>
  16. 16. Ejemplo #3 <ul><li>¿Cuánto más intenso es un ruido de 80 db que un suzurro de 20 db? </li></ul>
  17. 17. Solución #3 <ul><li>I 2 /I 1 = 10 (  2-  1)/10 </li></ul><ul><li>I 2 /I 1 = 10 (80-20)/10 = </li></ul><ul><li>I = 10 (60)/10 </li></ul><ul><li>= 10 6 </li></ul>
  18. 18. Cuánto pueden oir los animales
  19. 19. Las fuentes de sonido <ul><li>Las ondas de sonido se producen por la vibración de algún objeto </li></ul><ul><li>Ejemplos: </li></ul><ul><ul><li>Bocina- corrientes eléctricas </li></ul></ul><ul><ul><li>voz humana- vibran las cuerdas vocales </li></ul></ul><ul><ul><li>Trompeta, trombón y tuba- vibran los labios del músico </li></ul></ul><ul><ul><li>Clarinete y saxofón- vibra una lámina fina de madera </li></ul></ul><ul><ul><li>Piano, guitarra y violín- la cuerda vibra el sonido entra en la caja de resonancia </li></ul></ul>
  20. 20. Ondas instrumentos musicales
  21. 21. Ultrasonido <ul><li>Se utilizan ondas de sonido de muy alta frecuencia. </li></ul><ul><li>Su frecuencia es de 3.5 a 7.0 megahertz (3.5 a 7 millon es de c i cl o s p o r se gundo ) </li></ul>
  22. 22. Aplicaciones: <ul><li>Una buena aplicación de ondas de ultrasonido son: </li></ul><ul><ul><li>Sonar </li></ul></ul><ul><ul><li>Sonogramas </li></ul></ul>
  23. 23. La resonancia <ul><li>Cuando se genera un sonido el aire vibra a la misma frecuencia aumentando o amplificando el sonido escuchado </li></ul>
  24. 24. Onda estacionaria <ul><li>Una guitarra es un buen ejemplo de una caja de resonancia </li></ul>
  25. 25. Tacoma Narrows bridge
  26. 26. Largo de onda y resonancia <ul><li>A medida que aumenta el largo de una columna de aire se pueden obtener otras resonancias </li></ul><ul><li>Estas ocurren a  /4, 3  /4, 5  /4, 7  /4… y estarán en resonancia con el diapasón </li></ul>
  27. 27. Ejemplo #4 <ul><li>Un diapasón de 880 Hz se utiliza a temperatura de 27 ° C. Determina la distancia entre dos longitudes de resonancia sucesivas en una columna de aire. </li></ul>
  28. 28. Solución #4 <ul><li>Velocidad del sonido a 27 ° C </li></ul><ul><ul><li>V= 331.4 m/s + 0.6 m/s ° C T ° C </li></ul></ul><ul><ul><li>= 331.4 m/s + (0.6) (27) m/s= (331.4+16.2) </li></ul></ul><ul><ul><li>=347.6 m/s </li></ul></ul><ul><li> = v/f = (347.6 m/s)/(880Hz)= 0.395m </li></ul><ul><ul><li>Primera longitud de resonancia=  /4 </li></ul></ul><ul><ul><li>= 0.395m/4 = 0.0988 m = 9.88 X10 -2 m </li></ul></ul><ul><ul><li>Segunda longitud de resonancia= 3  /4 </li></ul></ul><ul><ul><li>= 3(0.395m)/4 = 0.2963 m = 2.96 X 10 -1 m </li></ul></ul><ul><ul><li>Resta: 0.2963 - 0.0988m = 0.1975 m </li></ul></ul>
  29. 29. La detección del sonido <ul><li>Un detector de sonido convierte la energía de una onda sonora a otro tipo de energía </li></ul><ul><li>Nuestro oído no tiene la misma sensibilidad para todas las frecuencias. </li></ul><ul><li>No puedes oir frecuencias menores de 20 Hz </li></ul><ul><li>Ni mayores de 16,000 Hz </li></ul><ul><li>La sensibilidad mayor es en 1,000 y 5,000 Hz </li></ul><ul><li>Los ancianos son menos sensitivas a frecuencias mayores de 10,000 Hz </li></ul>
  30. 30. El oído <ul><li>Se divide en tres partes: </li></ul><ul><li>Oído externo (recoge) </li></ul><ul><ul><li>Pina- oreja- recoje las ondas </li></ul></ul><ul><ul><li>Canal auditivo- conduce las ondas hasta el tímpano </li></ul></ul><ul><li>Oído medio (transmite) </li></ul><ul><ul><li>Tímpano-vibra </li></ul></ul><ul><ul><li>Martillo, yunque y estribo=3 huesos en la cavidad craneal </li></ul></ul>
  31. 31. El oído <ul><li>Oído interno (transmite) </li></ul><ul><ul><li>Ventana ovalada </li></ul></ul><ul><ul><li>Líquido acuoso </li></ul></ul><ul><ul><li>Cóclea </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Existe en su interior un tipo de célula en forma de pequeños pelos que vibran con la llegada de las ondas </li></ul></ul></ul>
  32. 32. La calidad del sonido <ul><li>Timbre </li></ul><ul><ul><li>Es la calidad del sonido y depende de las intensidades relativas de las frecuencias que componen el sonido escuchado </li></ul></ul><ul><li>Pulsación o batidos </li></ul><ul><ul><li>Es el resultado de la combinación de ondas con frecuencias muy similares </li></ul></ul>
  33. 33. Ejemplo #5 <ul><li>Dos diapasones de 550Hz y 555 Hz respectivamente, se golpean simultáneamente. ¿ Cuál será la frecuencia de la pulsación que se produce? </li></ul>
  34. 34. Solución #5 <ul><li>Diapasón 1= 550 Hz = f 1 </li></ul><ul><li>Diapasón 2= 555 Hz = f 2 </li></ul><ul><li> f = f 2 -f 1 = f = 555 Hz- 550 Hz = 5Hz </li></ul>
  35. 35. Disonante y Consonante <ul><li>Disonante </li></ul><ul><ul><li>Cuando la diferencia de frecuencia entre las dos ondas que interfieren es mayor de 7 Hz. El sonido es desagradable </li></ul></ul><ul><li>Consonante </li></ul><ul><ul><li>Cuando el sonido de 2 ondas que interfieren es agradable y su frecuencia difiere de 7 Hz </li></ul></ul><ul><ul><li>Pitágoras descubrió que cuando las frecuencias de los sonidos están a una razón igual a la razón entre dos números pequeños, el sonido resulta agradable </li></ul></ul>
  36. 36. Frecuencia <ul><li>Frecuencia fundamental </li></ul><ul><ul><li>Es la frecuencia más baja que produce un instrumento </li></ul></ul><ul><li>Sobretono </li></ul><ul><ul><li>Frecuencias mayores </li></ul></ul><ul><ul><li>(2f, 3f) </li></ul></ul><ul><li>Ruido </li></ul><ul><ul><li>Es una mezcla de un gran número de frecuencias que tienen relación entre sí. </li></ul></ul>
  37. 37. Experimento de Melde Cuerda vibrante <ul><li>v cables = (F tension /(m/L)) 1/2 </li></ul><ul><li>M= mass of the cable </li></ul><ul><li>L = length of the cable </li></ul><ul><li>F tension = force tensioning the cable </li></ul>
  38. 38. Efecto Doppler <ul><li>Aumento o disminución en la longitud de onda cuando la fuente que produce la onda y el detector se mueven en relación uno con el otro </li></ul>
  39. 39. Ondas de choque
  40. 40. Sonidos
  41. 41. Intensidad del sonido
  42. 42. Sonido de una ballena
  43. 43. Eco
  44. 44. Problemas asignados <ul><li>Capítulo 16 </li></ul><ul><li>Problemas 1 al 7 todos… </li></ul><ul><li>Págs 273 a la 278 </li></ul><ul><li>Problemas A </li></ul><ul><li>1 al 8 pág 284 </li></ul><ul><li>Problemas B 1 al 2 pág 284 al 285 </li></ul>

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