rapidez del sonido

INTRODUCCIÓN
El mundo material que nos rodea se estructura en función de dos términos:
materia y energía. Ya se ha estudiado cómo se puede transferir la energía de un
punto a otro o de un cuerpo a otro, por ejemplo, cuando estudiamos el calor.
Ahora abordaremos la forma más habitual de propagación de la energía en la
naturaleza: las ondas y, en particular, la propagación de las ondas sonoras en
los diferentes medios materiales. Los fenómenos ondulatorios que podemos
encontrar a nuestro alrededor son numerosos, pero, los más frecuentes son el
sonido y la luz.
¿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.
ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA
SONIDO
1. Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente
sonora
DIAPAZÓN
PLATILLOS
BATERÍA
GUITARRA
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)
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.
GENERACIÓN DE UNA ONDA SONORA
Las ondas sonoras son ondas mecánicas, longitudinales y tridimensionales que
proceden de una fuente que producen vibraciones. Una tira metálica delgada se sujeta
fuertemente en su base, se tira de uno de sus lados y luego se suelta. Al oscilar el
extremo libre de un lado a otro con movimiento armónico simple, se propagan a
través del aire una serie de ondas sonoras longitudinales periódicas que se alejan de la
fuente. Las moléculas de aire que colindan con la lámina metálica se comprimen y se
expanden alternativamente, transmitiendo una onda. Las regiones densas en las que
gran número de moléculas se agrupan acercándose mucho entre sí se llaman
compresiones. Las regiones que tienen relativamente pocas moléculas se conocen
como rarefacciones. Las compresiones y rarefacciones se alternan a través del medio
en la misma forma que las partículas de aire individuales oscilan de un lado a otro en
la dirección de la propagación de la onda. Puesto que una compresión corresponde a
una región de alta presión y una rarefacción corresponde a una región de baja presión,
una onda sonora también puede representando trazando en una gráfica el cambio de
presión P como una función de la distancia x. La distancia entre dos compresiones o
rarefacciones sucesivas es la longitud de onda.
http://www.youtube.com/watch?v=KbielPY
http://www.youtube.com/watch
7QA0&NR=1&feature=fvwp
?v=_VZ9Ui2nO08&feature=relat
ed
GENERACIÓN DE UNA ONDA SONORA
CATEGORÍAS DE ONDAS DE SONIDO
Hemos definido el sonido como una onda mecánica longitudinal que se propaga a
través de un medio elástico. Éste es una definición amplia que no impone restricciones
a ninguna frecuencia del sonido. Los fisiólogos se interesan principalmente en las
ondas sonoras que son capaces de afectar el sentido del oído. Por lo tanto, es
conveniente dividir el espectro del sonido de acuerdo con las siguientes definiciones.
Sonido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de frecuencias
de 20 a 20 000 Hz.
Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se
denominan infrasónicas.
Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se llaman
ultrasónicas.
RAPIDEZ DEL SONIDO
Es la rapidez a la que viaja la onda sonora. Depende del medio donde se propaga y
de la temperatura.
La rapidez de una onda sonora en un líquido depende de la compresibilidad e
inercia de éste. Si el líquido tiene un módulo volumétrico B y una densidad de
equilibrio p, la rapidez del sonido es:
v=
B
ρ
La rapidez de una sonora en una varilla sólida es:
Donde Y es el módulo de Young del sólido
v=
Y
ρ
La rapidez del sonido en el aire se puede determinar por la relación:
T
v = 331m / s
273° K
ó
v = [331 + 0,6T (°C )]
ENERGÍA E INTENSIDAD DE LAS
ONDAS SONORAS
Las ondas sonoras constituyen un flujo de energía a través de la materia. La intensidad
de una onda sonora específica es una medida de la razón a la cual la energía se propaga
a través de un cierto volumen espacial. Un método conveniente para especificar la
intensidad sonora es en términos de la rapidez con que la energía se transfiere a través
de la unidad de área normal a la dirección de la propagación de la onda. Puesto que la
rapidez a la cual fluye la energía es la potencia de una onda, la intensidad puede
relacionarse con la potencia por unidad de área que pasa por un punto dado.
La intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a través de la
unidad de área normal a la dirección de la propagación.
1 ∆E
I=
A t
P
I=
A
UNIDADES (SI):
[
P] W
[I ] = = 2
[A] m
ENERGÍA E INTENSIDAD DE LAS
ONDAS SONORAS
La intensidad I0 del sonido audible apenas perceptible es el orden de 1x10-12 W/m2 .
Esta intensidad, que se conoce como umbral de audición, ha sido adoptado por
expertos en acústica como la intensidad mínima para que un sonido sea audible. El
umbral de audición representa el patrón de la intensidad mínima para que un sonido
sea audible.
El intervalo de intensidades por arriba del cual el oído humano es sensible es enorme.
Abarca desde el umbral de audición I0 hasta una intensidad de 10-12 veces mayor. EL
extremo superior representa el punto en el que la intensidad es intolerable para el
oído humano. La sensación se vuelve dolorosa y no sólo auditiva. El umbral del
dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin
sentir dolor. Su valor es: I p = 1 W/m2
NIVEL DE INTENSIDAD EN DECIBELES
En vista de la amplitud del intervalo de intensidades al que es sensible el oído,
es más conveniente establecer una escala logarítmica para las mediciones de
intensidades sonoras. Dicha escala se establece a partir de la siguiente regla.
Cuando la intensidad I, de un sonido es 10 veces mayor que la intensidad I2 de
otro, se dice que la relación de intensidades es de 1 bel (B), generalmente para
la intensidad del sonido se usa el decibel (db) que es una décima parte de un
bel. La intensidad de una onda sonora en db puede calcularse mediante la
siguiente relación:
 I 
β = 10 log 
 I0 
donde β es la intensidad acústica en decibelios, I es la intensidad acústica en
la escala lineal (W/m² en el SI) e I0 es el umbral del audición (10-12 W/m²).
Si la intensidad de la onda sonora se da en decibeles, podemos convertirla a
W/m² mediante la siguiente relación:
I = I 0e
β / 10
NIVEL DE INTENSIDAD EN DECIBELES
ONDAS ESFERICAS
Ondas esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Sus frentes de ondas
son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en
todas direcciones. El sonido es una onda esférica
ONDAS ESFERICAS
La intensidad de onda a una distancia r de la fuente es:
I=
Ppro
A
=
Ppro
4π r
2
Como Ppro es la misma en cualquier superficie esférica
centrada en la fuente, vemos que las intensidades a las
distancias r1 y r2 son :
I1 =
Ppro
4π r
2
1
e I2 =
Ppro
4π r22
En consecuencia, la proporción entre las intensidades sobre las dos superficies
esféricas es:
2
2
2
1
I1 r
=
I2 r
EL EFECTO DOPPLER
Efecto Doppler, llamado así por el austríaco Christian Doppler consiste en la
variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un
objeto en movimiento. Doppler propuso este efecto en 1842 en una monografía titulada
Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels
("Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros").
http://www.sociedadelainformacion.com/de
partfqtobarra/ondas/doppler/doppler.html
http://www.youtube.com/watch?v=RsiY8Vd
DlDQ&NR=1
http://www.walterfendt.de/ph11s/dopplereff_s.htm