Ondas sonoras armónicas energía e intensidad

Ondas sonoras armónicas
Las ondas sonoras armónicas pueden generarse mediante un diapasón o un altavoz
que vibre con movimiento armónico simple. La fuente vibrante hace que las moléculas
de aire próximas oscilen con movimiento armónico simple alrededor de sus posiciones
de equilibrio. Estas moléculas chocan con otras moléculas próximas haciéndolas
oscilar y, por lo tanto, propagan la onda sonora.
La ecuación que describe una onda armónica es:
desplazamiento de las moléculas respecto a la posición de equilibrio
y ( x , t ) = A sen ( k x - t)
(4)
Estos desplazamientos se verifican a lo largo de la dirección
del movimiento de la onda y dan lugar a variaciones de
densidad y presión del aire.
La figura muestra el desplazamiento de las moléculas de
aire y los cambios de densidad originados por una onda
sonora en un momento determinado.
Los gráficos de la figura nos muestran que la onda de
presión está desfasada 90° respecto al desplazamiento de
la onda.
Cuando el desplazamiento es cero, los cambios de presión son máximos o mínimos.
Cuando el desplazamiento es máximo o mínimo, los cambios de presión y densidad
son nulos.
Una onda de desplazamiento dada por la ecuación de más arriba implica una onda de
presión dada por :
p=p0 sen( k x - t + /2 ) (5)
donde p representa el cambio de presión respecto a la presión de equilibrio y p0 es el
valor máximo de eses cambio.
Fíjate si encuentras alguna equivocación en las ecuaciones respecto a las gráficas
presentadas.
ENERGÍA DE LAS ONDAS SONORAS
La energía media de una onda sonora armónica en un elemento de volumen V está
dada por la siguiente ecuación, siendo  la densidad media del medio en que se
propaga el sonido
(E)m = 1/2. 2A2V (7)
INTENSIDAD DE UNA ONDA
La intensidad de una onda esférica producida por una fuente puntual es proporcional a
la potencia media emitida e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
respecto a la fuente:
I=Pm/A
unidad de I: w/m2
A una distancia r de un foco puntual, la intensidad vale: I=Pm/4r2
El nivel de intensidad de una onda sonora, en decibeles, está dada por
= 10 log (I/I0)
La constante I0 es una intensidad de referencia, cuyo valor corresponde habitualmente
al umbral auditivo (I0= 1,0x10 -12W/m2), e I es la intensidad que tiene el nivel , donde
 se mide en decibeles (dB)
En realidad, la sonoridad depende de la frecuencia así
como del nivel de intensidad en decibeles.
La figura 15.16 es un gráfico de este nivel de
intensidad en dB en función de la frecuencia para
sonidos de igual sonoridad en el oído humano. (En
esta figura, la frecuencia se representa en escala
logarítmica para abarcar el amplio intervalo de
frecuencias de 20 Hz a 10 kHz.) Obsérvese en esta
figura que el oído es más sensible a ~ 4 kHz para
todos los niveles de intensidad sonora en dB.
Ej. Ladridos de perros
El ladrido de un perro supone alrededor de 1 mW de potencia,
(a) Si esta potencia se distribuye uniformemente en todas direcciones, ¿cuál es el nivel
de intensidad sonora a una distancia de 5 m?
(b) ¿Cuál sería el nivel de intensidad de dos perros ladrando al mismo tiempo si cada
uno de ellos desarrolla una potencia de 1 mW?
Referencias bibliográficas:
 Serway  Faughn Física. Ed. Prentice Hall.
 Tipler, P. Física para la ciencia y la tecnología. Ed. Reverté.