UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido
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UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 0. Introducción 1. Calor y temperatura 1.1. Temperatura, energía térmica y calor 1.2. Efectos del calor 1.3. Medida de la temperatura 1.4. Equilibrio térmico 1.5. Propagación del calor: la conducción 1.6. Convección 1.7. La radiación 2. La luz y la visión 2.1. La visión 2.2. La propagación rectilínea de la luz 2.3. La reflexión de la luz 2.4. La refracción de la luz 2.5. La descomposición de la luz 3. El sonido 3.1. Cualidades del sonido 3.2. Propagación del sonido 3.3. Reflexión del sonido 1 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 0. Introducción Tras haber trabajado en la unidad anterior el concepto de energía, los tipos que existen de la misma y las fuentes de donde podemos obtenerla, pasamos a estudiar los mecanismos de transferencia de energía. Estos son fundamentalmente dos: el trabajo y el calor. Nos centraremos en este último: el calor Es un concepto habitual en nuestro hablar diario. ¡Cuántas veces hablamos del tiempo, del calor o del frío que hace, de si van a bajar o subir las temperaturas, ...! Por eso mismo, al igual que nos ocurría con el movimiento y con las fuerzas, lo primero que deberemos hacer será aclarar los conceptos para comprender cómo entiende la ciencia actual estos fenómenos. Tras ello, nos surgirán las radiaciones como uno de los procedimientos de transmisión de esta energía (sin propagación de la materia) y nos centraremos en las radiaciones que más información nos proporcionan sobre el mundo que nos rodea: la luz y el sonido (Proyecto Newton, MECD) 2 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1. Calor y temperatura El frío se cuela por la ventana He aquí una de las típicas frases que un científico no debería decir nunca. El frío no existe (aunque podamos tener la sensación de frío) ¿El cubito de hielo cede frío a nuestra bebida o absorbe calor de la misma? Los científicos economizan los conceptos innecesarios y se quedan con el de calor. El frío sería la pérdida de calor Una vez resuelto el tema del frío deberemos distinguir los conceptos de temperatura y calor. Parece que todos estaremos de acuerdo en que cuando suministramos calor a un objeto aumenta su temperatura y que cuando pierde calor, ésta disminuye. Podríamos definir la temperatura como lo que mide el termómetro Pero ya hemos visto en la Unidad 2 que la temperatura era una medida del movimiento de las partículas (átomos o moléculas) que forman un cuerpo. Puedes repasar las actividades de los apartados 1. y 2.2. de dicha unidad Así que no aceptaremos la definicion de que la temperatura mide el calor de un cuerpo La temperatura es la medida de la energía cinética promedio de un gran número de partículas Elige la correcta ¿Cómo deberíamos decir correctamente la siguiente frase: "Tengo mucho frío"? No tengo nada de calor La temperatura es muy baja Me he quedado sin calor 3 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.1. Temperatura, energía térmica y calor Como hemos recordado las partículas que componen un cuerpo están en continuo movimiento, tienen por tanto energía cinética. Llamamos energía térmica a la energía cinética de un conjunto muy grande de partículas Todas ellas no tienen la misma energía cinética, unas tienen en un momento más y otras menos. Pero las colisiones entre ellas van haciendo que se intercambien energía. Así que resulta interesante hablar de la enrgía cinética promedio, eso es lo que expresa la temperatura: La temperatura es la medida de la energía cinética promedio de un gran número de partículas Cuando decimos que un cuerpo está a mayor temperatura que otro, estamos diciendo que la energía cinética promedio de las partículas del primero es mayor que la de las partículas del segundo. Es decir, que se mueven más deprisa. Cuando ponemos en contacto dos cuerpos a distinta temperatura las partículas del de mayor temperatura colisionan con las del otro cediéndoles parte de su energía cinética y aumentando, por tanto la temperatura del segundo cuerpo. El calor es la energía que pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor Como puedes ver el calor es energía en tránsito. No se puede tener. Es como la lluvia. Sólo es lluvia mientras cae. En la nube es agua. Y agua es en el charco. Los cuerpos tienen más o menos energía térmica, no más o menos calor. Un cuerpo pierde energía térmica mientras cede calor a otro que a su vez aumenta su propia energía térmica Completa el texto Cuando ponemos juntos dos vasos con agua a distinta al de menos hasta alcanzar igual Seleccione un valor calor energía térmica temperatura Seleccione un valor temperatura energía térmica Seleccione un valor temperatura energía térmica calor , el que tiene más Seleccione un valor energía térmica temperatura calor cede Seleccione un valor calor temperatura frío calor 1.2. Efectos del calor 4 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido ¿Qué ocurre cuando suministramos calor a un cuerpo? Pues fundamentalmente, tres cosas: La primera, ya conocida, es que su temperatura aumenta. Aunque no siempre, como veremos después La segunda es que debida a la mayor agitación de sus partículas los cuerpos tienden a ocupar un mayor volumen. Es decir, se dilatan. Junta de dilatación (Wikipedia) Esta situación se produce en los sólidos, aunque no es muy apreciable, un poco más en los líquidos y mucho más en los gases. Usamos la dilatación de los líquidos (alcohol y mercurio) para medir la temperatura en los termómetros. Precisamente la diltación anómala del agua es fundamental para mantener la vida, pues hace que el hielo flote sobre el agua y dificulta que se siga enfriando. Investiga en la siguiente dirección sobre esta dilatación anómala Y una tercera cosa que puede suceder si seguimos aumentando la temperatura es que se produzca un cambio de estado. Precisamente, si son sustancias puras, mientras las calentamos y se produce el cambio de estado no aumenta su temperatura Estos son los 3 principales efectos del calor, pero existen otros: se puede descomponer el cuerpo, se puede oxidar en presencia de aire, puede efectuar otra reacción, cambian sus propiedades mecánicas, eléctricas, ... Contesta ¿Qué efecto del calor debemos tener en cuenta fundamentalmente al construir un bloque de viviendas? 5 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.3. Medida de la temperatura ¿Tengo fiebre, doctor? Cuando queremos medir la temperatura de un cuerpo lo ponemos en contacto con un termómetro. El prinicipo de funcionamiento es el que estudiaremos más tarde de equilibrio térmico. Al estar en contacto, los dos acabarán teniendo la misma temperatura. Y como el termómetro es pequeño, acabará adquiriendo la temperatura del aire, del agua del baño o de nuestro cuerpo. Los termómetros más conocidos, de mercurio y alcohol, se basan en la dilatacion de estos líquidos con la temperatura. El mercurio tiene un punto de solidificación de -39 ºC, por lo que no nos servirá para temeperaturas muy bajas El alcohol hierve a menos de 100 ºC por lo que no nos servirá para temperaturas altas, sin embargo se mantiene líquido hasta -114 ºC por lo que será utilizable en cadenas de frío. Pero podemos utilizar la presión de un gas, la resistencia eléctrica u otras propiedades que varíen con la temperatura para construir otros termómetros. Resta tan sólo establecer unos puntos fijos en esos termómetros para calibrarlos Antiguamente cada constructor de termómetros tenía su propia escala En la Unidad 1, en su apartado 1.6. estudiamos las distintas escalas de temperatura que se manejan, cómo se definen y cómo se pasa de una a otra Contesta ¿Por qué crees que debe ser tan fino el tubo que contiene el alcohol de un termómetro? 6 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.4. Equilibrio térmico Tenemos el agua del Mar Mediterráneo a una temperatura de 15 ºC y un cazo de agua hirviendo a 100 ºC. ¿Cuál de los dos tiene más energía térmica? Creo que no tendrás ninguna duda en afirmar que el agua del mar Si no, piensa en cuanto butano has necesitado para poner a hervir el cazo y qué le habría pasado con esa energía al mar Pues bien. Si metemos el cazo en el mar, ¿quién cederá calor a quién? Efectivamente, el cazo cederá calor al mar mientras disminuye su temperatura y el mar absorberá ese calor cedido, pero dada su gran masa, apenas aumentará su temperatura Diremos entonces que han alcanzado el equilibrio térmico Cuando ponemos en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el más caliente transfiere energía térmica al de menos temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico. Un bloque caliente se introduce en un baño frío hasta alcanzar el equlibrio (Angel Franco) Esta transferencia de energía térmica es lo que denominamos calor Elige la correcta ¿Los cuerpos con más energía térmica ceden calor a los que tienen menos? Sí, siempre que puedan No, lo que ceden es temperatura No, los de mayor temperatura a los de menor No, lo que ceden es trabajo 7 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.5. Propagación del calor: la conducción Pero, ¿cómo se transfiere ese calor de un cuerpo a otro? ¿cómo se propaga de un punto a otro? Pues existen 3 tipos de propagación, y puede producirse por cualquiera de ellos o por los tres simultáneamente. En el primer tipo la energía va pasando de una partícula a otra por colisión entre ellas. La partícula con más energía cinética, choca con la más lenta y le transfiere parte de su energía. Y así en cadena. Las partículas no se propagan, permanecen más o menos en el mismo sitio, pero la energía se va distribuyendo a otras partículas. Es lo que ocurre por ejemplo en una barra de hierro si la calentamos por un extremo. Al cabo de poco rato notamos caliente el otro extremo. Conducción en un sólido (Fuente desconocida) A este tipo de propagación lo denominamos conducción y se da sobre todo en los sólidos Esta propagación no se da de la misma manera en todos los materiales. Los materiales que transmiten rápidamente la energía de un punto a otro se denominan conductores térmicos, mientras que a los que lo hacen lentamente se les llama aislantes térmicos. La propiedad que los distingue es la conductividad térmica. Distribución de temperaturas si el foco caliente está a la izquierda Distribución de temperaturas si el foco caliente está a la izquierda Elige la correcta ¿El forro polar nos da calor? Pues claro No, evita que perdamos calor por conducción No, nos quita el frío No, nos da energía térmica 8 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.6. Convección La convección: una cuestión de gravedad ¿Qué ocurre si calentamos un líquido o un gas por la parte inferior del recipiente en que está? Las partículas que adquieren más energía son las del fondo. Pero, a diferencia de lo que ocurre en los sólidos, las partículas pueden desplazarse con bastante libertad. Al moverse más rápidamente ocupan más espacio (se dilatan al tener mayor temperatura), por lo tanto el fluido es más ligero y tiende a subir. El hueco que dejan esas partículas es ocupado por las partes más frías (más pesadas). Se establecen unas corrientes ascendentes y descendentes: las corrientes de convección. Ahora puedes entender por qué decíamos que era una cuestión de gravedad: el arriba y el abajo, el subir los fluidos ligeros y bajar los pesados, sólo ocurre si actúa la gravedad y si calentamos por abajo. En situaciones de ingravidez no se produce este fenómeno. Si calentamos por arriba tampoco. Las partes menos densas ya están arriba. El calentamiento es menos efectivo. La convección es un proceso de transmisión de energía debido al movimiento de las propias partículas que la transmiten. Hay transmisión de materia y energía. Ojo, que en un fluido haya convección no quiere decir que no exista conducción, pero es menos efectiva de cara a la transmisión Elige la correcta ¿Por qué ponemos los radidores debajo de las ventanas? Para que las corriente de convección distribuyan el aire caliente Para que no nos molesten al poner los muebles Para evitar que se cuele el frío por la ventana Para que les de el sol y se calienten 9 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 1.7. La radiación ¿Cómo puede llegarnos el calor del Sol? La pregunta no es fácil de responder. Durante tiempo la comunidad científica ha intentado entender cómo era posible.Si no hay nada entre el Sol y la Tierra cómo nos podía llegar esa energía. Incluso se pensó que el espacio interplanetario debía estar lleno de un material extraño: tenue para que no frenara a la Tierra en su movimiento, transparente para que dejara pasara la luz, buen conductor térmico para que nos llegara rápidamente el calor del Sol, ... En otras palabras, un material que no existe ( y le llamaron éter) Y es que no hay nada en el espacio interestelar e interplanetario, tan solo el más absoluto vacío salpicado de pequeñas motas que son las estrellas, los planetas, los satélites. Bien. Entonces, ¿cómo es posible que se propague la energía por el vacío? La respuesta, para nosotros ya es familiar: La radiación: proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse incluso por el vacío Esta radiación es un caso particular de otras radiaciones electromagnéticas que te son totalmente conocidas: la luz, las microondas, las ondas de telefonía, las ondas de radio, los ultravioletas, rayos X, radiaciones gamma, y por supuesto las infrarrojas. Tipos de ondas electromagnéticas (blog el Tamiz) Estas últimas son las responsables que frente a una hoguera sintamos el calor que despide o que enfrente de un radiador detectemos que está caliente sin tocarlo ni poner la mano por encima Contesta ¿Por qué la ropa de verano suele ser de colores claros y la de invierno de colores oscuros? 10 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 2. La luz y la visión Hemos hablado en los apartados anteriores de la radiación como el proceso por el que se puede transmitir energía a través incluso del vacío y sin necesidad de que se propague materia alguna. En al unidad 4, en el apartado 1.3. que trata sobre los tipos de energía hemos hablado de la energía radiante como esa energía que se transmite en forma de radiaciones electromagnéticas por el vacío y que incluye desde las ondas de radio hasta los rayos X y las radiaciones gamma, pasando por las microondas, los infrarrojos y la radiación que es el centro de nuestro estudio: la luz visible Esta luz, como las otras radiaciones electromagnéticas se propaga por el vacío a la máxima velocidad permitida en nuestro universo: c = 300000 km/s En otros materiales, esta velocidad es menor. La energía que transportan las radiaciones electromagnéticas es directamente proporcional a la frecuencia. Así la luz es más energética que las radiaciones infrarrojas, pero menos que las ultravioletas. Y, dentro de la luz, el azul es más energético que el rojo La luz presenta tres propiedades características: se propaga en línea recta se refleja cuando llega a una superficie cuando penetra en otro medio, cambia de dirección 2.1. La visión Superman y sus rayos X 11 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido ¿Cómo es posible que veamos los objetos que nos rodean? ¿Ocurre algo parecido a la visión en rayos X de Superman, donde salen unos rayos de los ojos que parecen detectar lo que iluminan? Evidentemente, todo eso es falso. Para poder ver es precisa la luz. Luz que sale de los objetos porque la emiten, luz que reflejan los objetos o luz que atraviesa los objetos (objetos opacos, transparentes o translúcidos) Corte del ojo (Editorial SM) Esta luz, después de haber sido modificada por los objetos, es la que llega a nuestros ojos con toda la información del objeto iluminado. Los ojos mediante un proceso de acomodación producen una imagen nítida en el fondo del mismo (la retina) donde se encuentran las células sensibles (conos y bastones) que transformarán esta luz en señales nerviosas que enviarán al cerebro por el nervio óptico. Finalmente, el cerebro interpretará estas señales nerviosas produciéndose la visión de lo que tenemos ante nuestros ojos Ordena Ordena las siguientes partes del ojo, según se las encuentra un rayo de luz que entra dentro de él Córnea Pupila Retina Humor vítreo Cristalino Humor acuoso 12 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 2.2. La propagación rectilínea de la luz Sombras y eclipses Es conocido desde antiguo que la luz se propaga en línea recta con experiencias como la siguiente: propagación rectilínea ( José Luis Sánchez Guillén) Eso nos permite utilizar el concepto de rayo de luz, como la línea que representa gráficamente la dirección y sentido de la propagación de la luz. Con la idea de los rayos de luz saliendo de los objetos que emiten luz y rebotando en los objetos iluminados no resulta complicado explicar sucesos naturales como la formación de las sombras y las penumbras, o el hecho de que se produzcan eclipses de Sol o de Luna Entra en el siguiente enlace y observa las 3 diapositivas Sombra y penumbra (educaplus) Contesta ¿Por qué un eclipse de Luna dura bastante más que uno de Sol? 2.3. La reflexión de la luz 13 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido Al incidir la luz en los cuerpos, parte de ella penetra y parte se refleja. Hay dos tipos de reflexión: especular y difusa Si la superficie donde incide la luz es perfectamente pulida, todos los rayos que inciden salen en la misma dirección. Es la reflexión especular. Sin embargo si la superficie es irregular sale cada uno en una dirección. Es la reflexión difusa. Gracias a esta reflexión podemos ver los objetos desde todos los ángulos. Pero en los espejos la reflexión hace que veamos los objetos que se reflejan, no el espejo. La reflexión se basa en que el ángulo que forma el rayo incidente con la perpendicular (normal) al espejo es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal angulo de incidencia = ángulo reflejado En los espejos planos, la imagen se forma al otro lado del espejo, la forman las prolongaciones de los rayos (parecen venir de allí) y por eso se dice que es virtual: ningún rayo sale de detrás del espejo, nos vemos del mismo tamaño y tan sólo presenta inversión lateral (la mano derecha se refleja como la izquierda de nuestra imagen. La siguiente animación nos lo explica: Obtener la imagen es tan sencillo como dibujar punto a punto la perpendicular al espejo y el simétrico de cada punto a la misma distancia del espejo Todas las animaciones, incluidas las de formación de imágenes en los espejos cóncavos, puedes verlas en su sitio original en inglés: http://www.physicsclassroom.com/mmedia/index.cfm#optics Contesta Seguramente habrás observado que las ambulancias llevan escrita el letrero al revés ¿Por qué crees que es esto? 14 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 2.4. La refracción de la luz Pescar con la mano en el agua Si has intentado coger algo en el fondo de un estanque pensando que no te ibas a mojar la manga, seguramente te habrás mojado y sabrás que engaña la profundidad. Igualmente habrás visto a veces que la cucharilla dentro de un vaso con agua se ve doblada. La explicación de todos estos fenómenos es que los rayos de luz al pasar de un medio a otro donde la luz se propaga a distinta velocidad, se desvían, acercándose a la normal si la velocidad de propagación es menor y alejándose de la normal en caso contrario. Este fenómeno recibe el nombre de refracción. (José Luis Sánchez Guillén) Recuerda que la luz se propagaba a su máxima velocidad en el vacío o en el aire y más lento en otros medios, por lo que un rayo que pase del aire al agua se desviará acercándose a la normal y si el camino es el contrario se alejará. Así puedes entender esa cucharilla doblada o rota en el agua: Los rayos que vienen de la parte sumergida parecen venir de más arriba y más a la derecha. Utilizando materiales transparentes (vidrio,plásticos, ...) y dándoles formas variadas conseguimos las lentes que tanto nos ayudan para ver correctamente (gafas), para proyectar imágenes, para aumentar el tamaño de los objetos (lupas, microscopios, ...) y para ver más lejos (prismáticos, telescopios, ...) Todas esas lentes se basan en la refracción. Contesta Explica que seamos capaces de encender una cerilla con una lupa al sol. ¿Qué tipo de lente es la lupa? 2.5. La descomposición de la luz 15 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido Todo es del color del cristal con que se mira El arco iris en el cielo tras la lluvia es una prueba de que la luz blanca se descompone en los colores que la forman. Los distintos colores se desvían más o menos en función de su frecuencia al atravesar las gotas de agua o un prisma. Con luces de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) se pueden obtener los demás mezclándolos en las proporciones adecuadas. Si mezclamos los 3 en igual proporción obtenemos luz blanca. Esta es la mezcla aditiva de colores Ahora puedes entender cómo se forman los distintos colores en la pantalla de tu monitor Los objetos no son de un color: reflejan o transmiten la luz que reciben absorbiendo los colores de distinta manera. Debemos distinguir entre objetos transparentes y opacos. Los cuerpos transparentes pueden absorber bastantes colores, con lo que los vemos del color (o suma de colores) que transmiten: color por transmisión Un vidrio rojo absorbe todos los colores menos el rojo. Los cuerpos opacos (la mayoría) tienen color por reflexión: absorben determinados colores y reflejan otros. Un cuerpo blanco refleja todos, uno negro absorbe todos y no refleja ninguno. Un cuerpo rojo refleja el rojo y uno amarillo refleja el verde y el rojo pero absorbe el azul Así pues el color de los objetos depende de la luz que los ilumina. Un cuerpo que vemos amarillo iluminado con luz blanca, lo veríamos negro si lo ilumináramos con luz azul o lo viéramos a través de un filtro azul. Este color por reflexión es lo que se utiliza para los pigmentos. Existen tres pigmentos primarios que son los complementarios de los colores primarios: amarillo, magenta y cian. Con la combinación de los tres en la debida proporción se obtienen el resto. Es la mezcla sustractiva. El pigmento amarillo absorbe la luz azul (refleja la verde y la roja). El pigmento cian absorbe la roja (refleja verde y azul). Al mezclar ambos pigmentos obtenemos un pigmento que sólo refleja la luz verde Elige las correctas El pigmento magenta 16 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido Absorbe la luz verde Refleja la luz azul Refleja la luz roja Absorbe la luz roja Refleja la luz verde Absorbe la luz azul 17 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 3. El sonido Continuaremos con otro fenómeno ondulatorio. Pero en este caso no son radiaciones electromagnéticas, no puede propagarse por el vacío. El sonido. Se dice que el sonido comienza y acaba en una vibración. Todo lo que emite un sonido, vibra. Pero no todo lo que vibra suena. Debe vibrar rápidamente. Como mínimo debe hacer 20 vibraciones completas en 1 segundo. Es lo que denominamos frecuencia. La frecuencia mínima a que debe vibrar un cuerpo para que nosotros oigamos un sonido es 20 hertzios (20 Hz) También existe un máximo: 20000 Hz. Se producen sonidos audibles por nosotros cuando el emisor vibra con una frecuencia entre 20 y 20000Hz. No es esta la única condición para que se produzca el sonido. Para que el sonido llegue hasta el receptor hace falta que se propague por un medio. El sonido se propaga a través de los gases (el aire por ejemplo), los líquidos (seguro que has oído a alguien que grita buceando en la piscina) y los sólidos (recuerda a los indios que ponen la oreja en el suelo para oír la llegada del tren o la de la manada de búfalos) Pero no se propaga por el vacío. Igual has visto en algún museo de ciencias el despertador que suena dentro de una campana de vidrio y aunque sigue vibrando dejamos de oírlo al extraer el aire de la campana. Así que esas explosiones que oyes en las batallas intergalácticas son falsas. Si se diera el caso no oiríamos nada. No hay medio para que se propague el ruido de la explosión. La vibración de las partículas del emisor se transmite por contacto a las partículas del medio. Estas se van transmitiendo esta perturbación unas a otras sin trasladarse. Finalmente las partículas del medio próximas al receptor le transmiten la vibración (el tímpano en nuestro caso) Por eso decimos que el sonido es una onda. Hay propagación de energía, de información, ... sin propagación de materia. 18 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 3.1. Cualidades del sonido Sonoridad, tono y timbre Estas son las tres cualidades de cualquier sonido. Son cualidades subjetivas relacionadas con magnitudes físicas propias de las ondas: La sonoridad está relacionada con la energía transmitida por la onda: la intensidad. Hablamos de sonidos débiles o fuertes, en función de la energía que llega a nuestro oído por segundo. Así entendemos que los sonidos se debilitan conforme nos alejamos del emisor. La energía suministrada por el emisor debe repartirse entre más superficie, por lo que nos llega cada vez menos. Esta intensidad de energía se mide en Watios/m2. Pero nuestro oído no es igual de sensible para bajas intensidades que para altas. Por eso se utiliza una escala logarítmica que se asemeja más a la sensación sonora: es la escala decibélica. Por debajo de 10 decibelios (dB) no percibimos apenas nada. Se recomienda no sobrepasar los 70 dB en un ambiente de trabajo. A partir de 120 dB la sensación es dolorosa. Atendiendo al tono los sonidos se clasifican en graves y agudos. Hace referencia a la frecuencia de vibración. Una frecuencia baja corresponde a un tono grave. Una frecuencia elevada corresponde a un tono agudo. Con la edad nuestro tímpano se vuelve menos elástico y tiene más dificultades para vibrar a altas frecuencias, por ello las personas mayores dejan de oír antes los tonos agudos (un timbre por ejemplo) Finalmente, el timbre es la cualidad por la que somos capaces de distinguir un piano de un violín dando la misma nota con la misma sonoridad, o de distinguir las voces de dos personas cantando la misma canción en el mismo tono. www.didactika.com Si observamos la forma de la onda emitida por cada instrumento dando la misma nota veremos que aunque se repite con la misma frecuencia, la forma que se repite con dicha frecuencia no es la misma. Si sabes algo de música habrás oído hablar de los armónicos (múltiplos de la frecuencia fundamental). Pues cada instrumento y cada voz emite distintos armónicos y con distinta intensidad caracterizando a ese instrumento: es el timbre 19 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 3.2. Propagación del sonido Si reflexionamos sobre el hecho de que el sonido se propaga como una onda, donde las partículas transmiten la vibración, entenderemos que para que se propague el sonido es necesario que el medio sea elástico, debe recuperar su forma después de sufrir la perturbación. Así, los medios plásticos como el corcho, la plastilina, ... absorberán la energía y no la transmitirán. Podremos usarlos como aislantes acústicos. Por otro lado, cuanto más cercanas y unidas estén las partículas, más rápido transmitirán la perturbación. Así podemos ver en la tabla de velocidades de propagación del sonido que es mayor en los sólidos, menor en los líquidos y sensiblemente inferior en los gases. Estado gas líquido sólido Medio velocidad (m/s) aire 340 oxígeno 317 helio 972 agua 1493 aluminio 5100 cobre 3560 hierro 5130 plomo 1322 La velocidad del sonido puede considerarse constante siempre que el medio sea homogéneo Elige la correcta ¿A qué distancia está la tormenta si vemos el rayo y escuchamos el trueno 5 s más tarde? 340 m 3400 m 5000m 1700 m 20 / 21 UD5. Transferencia de energía: Calor, luz y sonido 3.3. Reflexión del sonido Eco y reverberación ¿Qué ocurre con el sonido cuando llega a un obstáculo? Pues, como ocurría con la luz, que parte penetra en el obstáculo y parte rebota cambiando de dirección. Es decir, se refleja. Esta reflexión del sonido da lugar a dos fenómenos muy interesantes: el eco y la reverberación. El oído necesita que transcurra al menos una décima de segundo entre la llegada de dos sonidos para reconocerlos como diferentes. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s. Así que en ese intervalo de tiempo el sonido recorre 34 m. Durante ese tiempo el sonido debe viajar hasta el obstáculo, reflejarse y llegar hasta nuestro oído. Luego para que se produzca eco (distinguir el sonido original del reflejado) el obstáculo debe estar a más de 17 m. Si la distancia es menor de esos 17 m, también se produce la reflexión, pero el sonido reflejado se superpone con el original y dificulta la audición. Este fenómeno recibe el nombre de reverberación. En las habitaciones vacías y sin muebles ni cortinas habrás notado el efecto. Los muebles, cortinas y la gente amortiguan y absorben el sonido reflejado y disminuyen la reverberación (mejoran la acústica) En los auditorios y salas de conferencias hay que diseñar el recinto, revestir las paredes y amueblarlos para evitar que se oigan los ecos, pero consiguiendo que el sonido llegue a todos los rincones con la misma sonoridad. Elige la correcta ¿A qué distancia se encuentra el obstáculo si oímos el eco a los 3 s de pegar una palmada? 1020 m 510 m 340 m 2040 m 21 / 21
