Curso: Física 1
Tema: Bloque Temático 1: Sonido
Profesores:
Elizabeth Osorio
Irene J. Cruz Villavicencio
María Sánchez Portilla
Rubén Bonilla Aguilar
Alberto Zúñiga Alarcón
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.
3
Clases de ondas
• Mecánicas: Necesitan un medio natural para
su propagación.
• Electromagnéticas: no necesitan un medio
natural (pueden propagarse en el vacío).
4
Tipos de ondas
• Longitudinales: El medio se desplaza en la
dirección de la propagación.
El aire se comprime y expande en la misma
dirección en que avanza el sonido.
5
Tipos de ondas
• Tranversales: El medio se desplaza en
ángulo recto a la dirección de la
propagación.
Las ondas en un estanque avanzan
horizontalmente pero el agua se desplaza
verticalmente
6
• 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.
7
Elementos de una onda
transversal
Cresta
Amplitud
Valle
Longitud de onda
8
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.
9
Elementos del movimiento
ondulatorio
• Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones
por segundo.
– Se mide en hertzios (Hz)
– 1 Hz = una oscilación en 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.)
10
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 = espacio/tiempo, por lo que
espacio = 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
11
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
12
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.
13
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)

n=1 segundo armónico
4
n=2 tercer armónico
14
Posibles ondas para tubo cerrado
L
Fundamental, n = 1
1 
4L
1er sobretono, n = 3
1 
4L
2o sobretono, n = 5
1 
4L
3er sobretono, n = 7
1 
4L
Sólo se permiten los
armónicos nones:
n 
4L
1
3
5
7
n  1, 3, 5, 7 . . .
n
15
ONDAS SONORAS
TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS
La resonancia se producirá
cuando la longitud del tubo
sea:
l  2n
n=1 primer armónico

4
n=2 segundo armónico
n=3 tercer armónico
16
Posibles ondas para tubo abierto
L
Fundamental, n = 1
 
1er sobretono, n = 2
 
2o sobretono, n = 3
 
3er sobretono, n = 4
 
Para tubos abiertos son
posibles todos los
armónicos:
2L
1
2L
2
2L
3
2L
4
n 
2L
n  1, 2, 3, 4 . . .
n
17
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
18
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.
19
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.
Batterías
Bomba de vacío
Frasco al vacío con timbre
20
El Sonido
• El Sonido se propaga
mediante ondas
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 1.600 m/s
En la madera es de 3.900 m/s
En el acero es de 5.100 m/s
21
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
22
¿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.
23
ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE
EXISTA SONIDO
. 1.- Una fuente de vibración mecánica, llamada
fuente sonora
DIAPAZÓN
PLATILLOS
BATERÍA
GUITARRA
24
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.
25
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)
26
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.
27
28
CUALIDADES DEL SONIDO
TONO
INTENSIDAD
TIMBRE
29
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.
30
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
31
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.
32
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.
33
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.
34
TIPOS DE SONIDOS
SÓNICOS
INFRASÓNICOS
ULTRASÓNICOS
35
1. Sonidos Sónicos: Todos aquellos sonidos
que somos capaces de escuchar, se
denominan sonidos sónicos
Estos sonidos tienen una frecuencia
comprendida en el rango de 20htz a
20000htz (veinte a veinte mil hertz).
En otras palabras, son los sonidos audibles
al ser humano.
36
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.
37
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.
38
Los murciélagos en sus vuelos
nocturnos se guían con los
ultrasonidos para no chocar contra
los objetos que se encuentran a su
paso.
39
El Sonido
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
40
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
41
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
42
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
43
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
44
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
45
Descargar

Las ondas - Curso de Física I