Información importante. Ondas de Presión.

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Guı́a 14
Información importante.
Aprendizajes esperados: Es guı́a constituye una
herramienta que usted debe manejar para poder
comprender los conceptos de:
Propiedades del sonido
Figura 1: Representación esquemática del movimiento de una onda de presión.
Efecto Doppler
Estas oscilaciones pueden o no pueden ser perceptibles por el oı́do humano por
lo que distinguimos rangos audibles. Distinguimos tres zonas de interes las cuales
las clasificamos por su frecuencia de oscilación:
0 < f < 20[Hz] infrasonido
Ya en la guı́a anterior mencionamos la existencia de dos tipos de ondas: Transversales y longitudinales. Además hicimos referencia al hecho que estas podı́an
necesitar un medio material como es el caso de las ondas mecánicas o bien, a
propagarse si necesidad de un medio, las cuales las conocemos como ondas electromagnéticas. En este guı́a nos dedicaremos a las ondas mecánicas, en especial a
las ondas longitudinales, comenzaremos con el estudio de las ondas de presión.
20 < f < 20000 [Hz] Rango audible
f > 20000[Hz] Ultrasonido
Por otra parte, debemos distinguir entre dos caracterı́sticas fundamentales del
sonido: intensidad y tono.
Intensidad.
Ondas de Presión.
La intensidad esta relacionada con la amplitud de la onda, es decir, del aumento
de la presión en cada onda. Cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es
la intensidad del sonido que se percibe subjetivamente.
Una onda de presión consiste en una onda longitudinal, la cual es causada por
la compresión y descompresión de regiones en el aire la cual genera el movimiento
oscilatorio de las moléculas en el aire.
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Nicolás Soto Muñoz
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Tono.
Aplicaciones.
El tono depende de la frecuencia de la onda, es decir, del número de oscilaciones
por segundo. Cuando mayor sea la frecuencia, el sonido se percibe como más agudo.
Existen innumerables aplicaciones del sonido, las de mayor relevancia son que
se se aplican en el mundo clı́nico, sin embargo, nos enfocaremos en la escencia de
todas las aplicaciones: El efecto Doppler.
El efecto Doppler.
El efecto Doppler, consiste en el cambio aparente de la frecuencia de una onda
obsevada debido al movimiento relativo de la fuente que lo genera. Este efecto es
aplicable a todo tipo de onda, ya sea mecánica o electromagnética. Consideremos
una ambulancia que se aleja de un observador A y se acerca a un observador B.
Esquemáticamente tenemos:
Velocidad de propagación de sonido en distintos medios.
Debido que, como se ha mencionado, el sonido necesariamente requiere de un
medio material para propagarse. Teniendo presente la forma en que se propaga,
es decir, comprime y descomprime regiones cercanas, es natural pensar que dependiendo como sea esta región cercana que tan rápido se propague, por lo que
distinguimos diferentes velocidades de propagacipon de sonido en diferentes medios. A modo de ejemplificar lo anterior, presentamos la siguiente tabla.
Medio
Temperatura
Velocidad
de
[◦ C]
propagación [ m
s ]
Aire
0
331
Aire
20
343
Helio
965
Hidrógeno
1284
Agua
0
1402
Agua
20
1482
Agua de mar
1522
Acero
5941
Granito
6000
Aluminio
6420
Referencia: Resnick, Holliday, Krane: Fı́sica, Volumen 1, cuarta edición. Cecsa.
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Nosotros en nuestra vida cotidiana hemos observado este efecto y sabemos que
la frecuencia que percibe el observador A es menor y disminuye a medida que
se aleja la ambulancia, en cambio, para el observador B, la frecuencia aumenta a
medida que se acerca la ambulancia. Sea f la frecuencia de la fuente y f 0 el cambio
aparente en la frecuencia, en base a esto distinguimos 3 casos de interés.
Caso 1: Observador movil, fuente en reposo.
f0 = f(
v ± vo
)
v
Donde el signo + hace referencia para el movimiento hacia la fuente, mientras
que el − para el movimiento que se aleja de la fuente.
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Caso 2: Observador en reposo, fuente móvil.
f0 = f(
a) Ultrasonido
b) Infrasonido
v
)
v ± vs
c) Audible y agudo
d ) Audible y grave
Ahora, el signo + hace referencia para la fuente alejándose mientras que el
signo − para el movimiento acercándose al observador.
e) Imperceptible
4. Una niña con voz muy aguda llama a su hermano que se encuentra sumergido
en el agua de una piscina. El sonido de la voz se refracta llegando a los oı́dos
del niño. ¿Qué caracterı́stica tendrá el sonido que escucha el niño bajo el agua,
respecto a la voz de la hermana en el aire?
El caso más general corresponde al que ambos (fuente y observador) se mueven:
0
f 0 = f ( v±v
v∓vs )
a) Es más agudo
Ejercicios
b) Es más grave
c) Posee la misma frecuencia
1. ¿Con que caracterı́stica de una onda sonora esta relacionada la intensidad de
los sonidos que escuchamos?
d ) Tiene una frecuencia mayor
e) Tiene una frecuencia menor
a) Frecuencia
5. El sonido emitido por un violı́n corresponde a una onda:
b) Amplitud
c) Velocidad
I. Viajera
d ) Forma
II. Estacionaria
e) Longitud de onda
III. Longitudinal
IV. Mecánica
2. Es sabido que la velocidad del sonido es mayor en el agua que en el aire, esto
es debido a que:
a) Sólo I y III
b) Sólo II y III
a) El agua es más oscura que el aire.
c) Sólo I y IV
b) El agua es más clara que el aire.
d ) Sólo I, II y IV
c) El agua es más densa que el aire.
e) Sólo I, III y IV
d ) El agua es menos densa que el aire.
6. Una lámina se coloca en el borde de una mesa y se hace vibrar con un periodo
de 2[s]. Gracias a esta vibración se producirá un sonido que se propagará por
el aire, ¿Cuál es la longitud de onda de dicho sonido?
e) El agua tiene menor resistencia al paso del sonido que el aire.
3. Un sonido cuya frecuencia es 18.000 Hz se considera un sonido:
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a)
b)
c)
d)
e)
170[m]
340[m]
510[m]
580[m]
680[m]
a) Sólo I
b) Sólo II
c) Sólo III
d ) Sólo I y II
e) Sólo II y III
7. ¿Qué propiedad permite distinguir entre sonidos de la misma frecuencia, emitidos por dos instrumentos diferentes?
a)
b)
c)
d)
e)
9. Se sabe que un ser humano es capaz de diferenciar dos sonidos cuando llegan
desfasados en 0,1[s], por lo tanto, si la velocidad del sonido en el aire es de
340[m/s], ¿Cuál es la distancia mı́nima que debe tener una persona con una
pared para poder apreciar el eco de su propia voz?
Amplitud
Timbre
Longitud de onda
Tono
Volumen
a) 17 [m]
b) 34 [m]
c) 68 [m]
8. ¿Cuál(es) de las siguientes propiedades posee el sonido?
I. Propagarse en un medio material.
d ) 0,1 [m]
II Propagarse en el vacı́o.
e) 1 [m]
III. Reflejarse y refractarse.
10. Respecto al sonido audible para el ser humano, se afirma que:
a)
b)
c)
d)
e)
Sólo I
Sólo II
Sólo III
Sólo I y III
I, II y III
I. Para dos sonidos de igual tono, la intensidad es menor cuanto menor es la
amplitud de la onda sonora.
II. Un sonido de baja frecuencia se dice que es un sonido grave.
III. Su longitud de onda es mayor que la de un ultrasonido.
Es (son) correcta(s):
Con respecto a las ondas sonoras se afirma que:
I. El periodo de una onda es directamente proporcional a su frecuencia.
a) Sólo I
II Al pasar de un medio de propagación a otro de mayor densidad la frecuencia
de la onda se mantiene constante.
b) Sólo II
III. Al pasar de un medio de propagación a otro de mayor densidad la rapidez
de propagación de la onda se mantiene constante.
d ) Sólo I y II
Es (son) correcta(s):
e) I, II y III
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c) Sólo III
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