Curso: Física 1
Tema: Bloque Temático 1:
El Sonido
Colegio de Bachilleres
Plantel No. 9 Aragón
Profesor:
Ing. Alberto Tinoco Tapia
1
LAS ONDAS:
MOVIMIENTO ONDULATORIO
2
EL MOVIMIENTO ONDULATORIO
El movimiento ondulatorio es el proceso
por el que se propaga energía de un
lugar a otro sin transferencia de materia,
mediante ondas.
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CLASES DE ONDAS
Mecánicas: Necesitan un medio
natural para su propagación.
Electromagnéticas: no necesitan un
medio natural (pueden propagarse
en el vacío).
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TIPOS DE ONDAS:
Ondas Longitudinales: Las partículas del medio se
desplazan en la dirección de la propagación de la onda.
El aire se comprime y expande en la misma
dirección en que avanza el sonido.
5
Ondas longitudinales
En una onda longitudinal, la vibración de las
partículas individuales es paralela a la
dirección de propagación de la onda.
v
Movimiento de
partículas
Movimiento de
la onda
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ONDAS TRANSVERSALES
Ondas Tranversales: Las partículas del medio
se desplazan en ángulo recto a la dirección
de la propagación.
Las ondas en un estanque avanzan
horizontalmente pero el agua se desplaza
verticalmente
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Ondas Transversales
En una onda transversal, la vibración de las
partículas individuales del medio es perpendicular
a la dirección de propagación de la onda.
Movimiento de
partículas
Movimiento
de la onda
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Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las
ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de
movimiento ondulatorio.
Las ondas transversales pueden ser mecánicas ( ondas
que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o
electromagnéticas (la luz o las ondas de radio).
Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como los
terremotos, son combinaciones de movimientos
longitudinales y transversales, con lo que se mueven de
forma circular.
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ELEMENTOS DE UNA ONDA
TRANSVERSAL
Cresta
Amplitud
Valle
Longitud de onda
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ELEMENTOS DE UNA ONDA TRANSVERSAL
•Valle: punto más bajo
de la onda
• Cresta: punto más alto
de la onda
•Longitud de onda:
distancia entre dos
crestas
o
valles
sucesivos.
•Amplitud: altura de la
cresta o del valle.
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ELEMENTOS DEL MOVIMIENTO
ONDULATORIO
Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones o vibraciones por
segundo.
 Se mide en hertz (Hz)
 1 Hz = una oscilación o vibraciónen un segundo
Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración
completa.
Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia
(T = 1/f )
Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4
Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)
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ELEMENTOS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO
Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una
onda desde el inicio hasta el final de una
oscilación.
Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la que
se propaga.
 Recordamos que velocidad = distancia/tiempo, por lo
que distancia = velocidad x tiempo, de donde podemos
deducir que longitud de onda = velocidad x período
 Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia,
podremos decir que longitud de onda = velocidad /
frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de
onda x frecuencia
λ=v.T
λ=v/f
v =λ . f
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Velocidad, longitud de onda, rapidez
l
Longitud de onda l (m)
Frecuencia f = ondas por
segundo (Hz)
v
s
t
Velocidad v (m/s)
v fl
Ecuación de velocidad de
La onda
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Movimiento ondulatorio periódico
Una placa metálica en vibración produce una onda transversal
continua, como se muestra.
Para una vibración completa, la onda se mueve una distancia de
una longitud de onda l como se ilustra.
l
A
B
La longitud de onda l es la distancia entre
dos partículas que están en fase.
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Ejemplo 1: Un vibrador electromagnético envía ondas por un resorte. El vibrador
realiza 600 ciclos completos en 5 s. Para una vibración completa, la onda se
mueve una distancia de 2 cm. ¿Cuáles son la frecuencia, longitud de onda y
velocidad de la onda?
f 
600 ciclos
f = 120 Hz
5s
l
La distancia que se mueve
durante un tiempo de un
ciclo es la longitud de onda;
por tanto:
l = 0.020 m
v = (f)(l)
v = (120 c/s)(0. 02 m)
v = 2.40 m/s
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DEFINICIÓN DEL SONIDO
El sonido es una onda
mecánica longitudinal
que viaja a través de un
medio elástico.
Muchas cosas vibran en
el aire, lo que produce
una onda sonora.
Fuente del
sonido: diapasón.
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EL SONIDO REQUIERE UN MEDIO PARA
PROPAGARSE
El sonido de un timbre que suena disminuye conforme el
aire sale del frasco. No existe sonido sin moléculas de
aire.
Baterías
Bomba de vacío
Frasco al vacío con timbre
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EL SONIDO
El Sonido se propaga
mediante ondas mecánicas
longitudinales
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en
los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.
La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de
340 m/s
En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s
En el agua es de 1600 m/s
En la madera es de 3900 m/s
En el acero es de 5100 m/s
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FACTORES QUE DETERMINAN LA RAPIDEZ DEL SONIDO
Las onda mecánicas longitudinales
(sonido) tienen una rapidez de onda
que depende de factores de
elasticidad y densidad. Considere los
siguientes ejemplos:
Un medio más denso tiene mayor
inercia que resulta en menor rapidez
de onda.
acero
Un medio que es más elástico se
recupera más rápidamente y resulta
en mayor rapidez.
agua
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¿QUÉ ES EL 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.
21
ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO
.
1.- Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente
sonora
DIAPAZÓN
PLATILLOS
BATERÍA
GUITARRA
22
ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO
2. Un medio elástico a través del cual se
propague la perturbación, es decir la onda
sonora (sonido).
Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el
aire (gases), y los metales (sólidos)
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ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO
3. Según los fisiólogos para que exista sonido es
necesaria la presencia de alguien que lo reciba, es
decir un receptor u observador de sonido.
En la escena anterior la persona, a través del sentido
auditivo, recibe el sonido emitido por la campana,
dicho sonido se propagó en el aire.
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CUALIDADES DEL SONIDO
TONO
INTENSIDAD
TIMBRE
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TONO
El tono de un sonido depende únicamente de
su frecuencia, es decir, del número de
oscilaciones por segundo. El tono de un
sonido corresponde a nuestra percepción
del mismo como más grave o más agudo.
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TONO
Cuanto mayor sea la frecuencia, más
agudo será el sonido. Esto puede
comprobarse,
por
ejemplo,
comparando el sonido obtenido al
acercar un trozo de cartulina a una
sierra de disco: cuando mayor sea la
velocidad de rotación del disco más
agudo será el sonido producido.
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LA FRECUENCIA Y EL SONIDO
El tono del sonido depende de la frecuencia.
A frecuencias bajas corresponden sonidos graves.
A frecuencias altas corresponden sonidos agudos.
27 Hz
100 Hz
200 Hz
440 Hz
1000 Hz
3000 Hz
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INTENSIDAD
La intensidad de un sonido viene determinada por la
amplitud del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la
intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción
del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos
el volumen del radio a una música, o el volumen del
televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del
sonido.
TIMBRE
El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir
entre dos sonidos de la misma intensidad y frecuencia. Podemos
así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o un
violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido
complejo que puede ser considerado como una superposición de
sonidos simples.
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TIPOS DE SONIDOS
SÓNICOS
INFRASÓNICOS
ULTRASÓNICOS
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1.Sonidos Sónicos: Todos aquellos sonidos
que somos capaces de escuchar los seres
humanos, se denominan sonidos sónicos.
Estos sonidos tienen una frecuencia
comprendida en el rango de 20hz a
20000hz (veinte a veinte mil hertz).
En otras palabras, son los sonidos audibles
al ser humano.
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2.- Infrasonidos, los cuales podemos
definirlos como las vibraciones de presión
cuya frecuencia es inferior a la que el oído
humano puede percibir; es decir entre 0 y
20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de
los aparatos electroacústicos utilizan una
frecuencia entre 20 y 30 Hz,
consideraremos
también
como
infrasonidos a toda vibración con una
frecuencia por debajo de los 30 Hz.
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ULTRASONIDO
3.- Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya
frecuencia es superior al margen de audición
humano, es decir, 20 Khz (20000 hz).
aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la
práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En
cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden
de centímetros para frecuencias bajas y del orden de
micras para altas frecuencias.
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Los murciélagos en sus vuelos
nocturnos se guían con los ultrasonidos
que emiten para no chocar contra los
objetos que se encuentran a su paso.
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El efecto Doppler
-El tono de un sonido emitido por una fuente que se
aproxima al observador es más agudo que si la
fuente se aleja.
-Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido
va en el sentido de las ondas sonoras,
comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda,
el sonido es más agudo. Por la parte posterior
quedan más separadas, longitud de onda más
grande igual a sonido más grave
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INSTRUMENTOS MUSICALES
Las vibraciones en una
cuerda de violín
producen ondas
sonoras en el aire. Las
frecuencias
características se
basan en la longitud,
masa y tensión del
alambre.
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ONDA ESTACIONARIA
Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas
de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o
frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.
Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio
(cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la
oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia
es la misma para todos y coincide con la de las ondas que
interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen
inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos)
lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la
de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre
de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los
nodos
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ONDAS SONORAS
Las vibraciones de un diapasón de frecuencia f situado cerca del extremo
de un tubo abierto producen ondas sonoras en su interior que, al
reflejarse en el interior del tubo, pueden producir la superposición de la
onda incidente y la reflejada y dar lugar al establecimiento de ondas
estacionarias. Cuando se genera la onda estacionaria, se produce una
resonancia en el interior del tubo y nuestro oído es capaz de percibir la
onda sonora.
La mayoría de los instrumentos de viento emiten sonidos por un
mecanismo similar al descrito.
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ONDAS SONORAS
TUBO CERRADO POR UN EXTREMO
n=0
primer armónico
La resonancia se producirá
cuando la longitud del tubo sea:
l  ( 2 n  1)
l
n=1
segundo armónico
4
n=2 tercer armónico
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POSIBLES ONDAS PARA TUBO CERRADO
L
l1 
4L
1er sobretono, n = 3
l1 
4L
2o sobretono, n = 5
l1 
4L
3er sobretono, n = 7
l1 
4L
Fundamental, n = 1
Sólo se permiten los
armónicos nones:
ln 
4L
1
3
5
7
n  1, 3, 5, 7 . . .
n
40
ONDAS SONORAS
TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS
n=1 primer armónico
La resonancia se producirá
cuando la longitud del tubo sea:
l  2n
l
4
n=2
segundo armónico
n=3 tercer armónico
41
POSIBLES ONDAS PARA TUBO ABIERTO
L
Fundamental, n = 1
l 
1
1er sobretono, n = 2
l 
2o sobretono, n = 3
l 
3er sobretono, n = 4
l 
Para tubos abiertos
son posibles todos los
armónicos:
2L
2L
2
2L
3
2L
4
ln 
2L
n  1, 2, 3, 4 . . .
n
42
COLUMNAS DE AIRE EN VIBRACIÓN
Tal como para una cuerda en vibración, existen
longitudes de onda y frecuencias características
para ondas sonoras longitudinales. Para tubos
se aplican condiciones de frontera:
El extremo abierto de un tubo
debe se un antinodo A en
desplazamiento.
El extremo cerrado de un tubo
debe ser un nodo N en
desplazamiento.
Tubo abierto
A
A
Tubo cerrado
N
A
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EVALUACIÓN DEL MÓDULO DE ONDAS SONORAS
1. EL SIGUIENTE DIBUJO ILUSTRA LA PROPAGACIÓN DE ESTE
TIPO DE ONDA
A) ELÉCTRICA
B) TRANSVERSAL
C) LONGITUDINAL
D) SONORA
2. ASÍ SE LLAMA A LA PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA POR MEDIO
DE UNA PERTURBACIÓN EN UN MEDIO EN LUGAR DEL MEDIO
EN SÍ.
A)
MOVIMIENTO ONDULATORIO
B) TRANSMISIÓN DE ELECTRICIDAD
C) TRANSMISIÓN TÉRMICA
D) LONGITUD DE ONDA
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3. QUÉ NOMBRE SE LE DA A LA DISTANCIA COMPRENDIDA ENTRE
LAS DOS FLECHAS, EN EL DIBUJO DE ABAJO.
A) FRECUENCIA
L o n gitu d d e O n d a
B) ONDA
C) OLA
D) LONGITUD DE ONDA
4. ES EL NÚMERO DE ONDAS QUE PASAN POR UN PUNTO EN
PARTICULAR EN UNA UNIDAD DE TIEMPO.
A) FRECUENCIA
B) ONDA
C) OLA
D) LONGITUD DE ONDA
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5. QUÉ VIAJA POR EL ESPACIO A MAYOR VELOCIDAD?
A) EL SONIDO
B) LA LUZ
6. ONDAS TRANSVERSALES. (indique si es A o B )
b
a
b
c
c
A)
B)
a
c
c
a
b
46
7. TIPO DE ONDA EN DONDE LA VIBRACIÓN DE LAS PARTÍCULAS
ES PERPENDICULAR A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE
LA ONDA.
A) ONDA LINEAL
B) ONDA TRANSVERSAL
C) LONGITUD DE ONDA
D) FRECUENCIA
8.
LAS ONDAS DE SONIDO QUE TIENEN FRECUENCIAS POR
ARRIBA DEL INTERVALO AUDIBLE SE LLAMAN …..
A) INFRASÓNICAS
B) ULTRASÓNICAS
C) ONDAS AUDIBLES
D) LONGITUD DE ONDA
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9. SI DECIMOS QUE LA FRECUENCIA DE UNA ONDA ES: 50 Hertz,
SIGNIFICA QUE ….
A) PASAN 50 ONDAS POR UN PUNTO EN UN SEGUNDO
B) PASAN 50 SEGUNDOS DESPUÉS DE PASAR UNA ONDA
C) EL SONIDO SE MUEVE A 50 SEGUNDOS POR ONDA
D) LAS ONDAS SE MUEVE A 50 ONDAS CADA 50 SEGUNDOS
10. EN LAS ONDAS LONGITUDINALES LA VIBRACIÓN DE LAS
PARTICULAS INDIVIDUALES ES ……….. A LA DIRECCIÓN DE
PROPAGACIÓN DE LA ONDA
A) PERPENDICULAR
B) PARALELA
C) ONDULATORIA
D)
ANTIPARALELA
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Ondas y Sonido