Capítulo muestra

El movimiento
ondulatorio
¿El ecógrafo detecta sonidos
de alta o baja frecuencia?
144
Tema
6
Física
Las ondas
mecánicas …........... 147
Tema
7
El sonido ……........ 164
• Explico condiciones de cambio y conservación en
diversos sistemas, teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción
con la materia.
• Identifico aplicaciones comerciales e industriales
del transporte de energía y de las interacciones
de la materia.
145
¿Qué sonidos podemos oír?
El universo entero es vibración y, por tanto, sonido, pero no todos los sonidos pueden ser escuchados. Se podría decir que a lo largo del proceso
de evolución el cerebro humano se ha desarrollado para percibir aquellas vibraciones que le
permiten interactuar ágilmente con su entorno.
Estos sonidos perceptibles por el ser humano se
encuentran en el rango comprendido entre 20 a
20.000 hertzios, mientras que otras especies de
animales pueden percibir frecuencias diferentes
que les permite reconocer sonidos importantes
para sobrevivir en su hábitat.
El sonido del corazón y de los órganos internos parece no ser necesario en la vida cotidiana, pero la tecnología permite detectar
sonidos fuera de rango, con aparatos muy
diversos. El estetoscopio, por ejemplo, sirve
para escuchar los sonidos que produce el corazón, la entrada y la salida de aire a los pulmones, los ruidos del intestino y, con la ayuda
del tensiómetro, es posible escuchar el movimiento de la sangre cuando pasa por una arteria comprimida. Otro instrumento, denominado ecógrafo, utiliza ondas sonoras de alta
frecuencia para reproducir imágenes de las
partes blandas del cuerpo y del útero durante
el embarazo y la gestación. Para escuchar los
sonidos externos al cuerpo humano los científicos han creado diversos aparatos que amplían
la gama de sonidos que pueden ser escuchados
artificialmente por el ser humano.
Pero el cerebro no sólo es receptor de vibraciones, también es emisor. Con ayuda de
los electroencefalogramas se ha comprobado
que el cerebro emite unas vibraciones u ondas
mecánicas de intensidad y frecuencia variable
que se clasifican así:
• Delta (desde 0.2 a 3.5 hertzios): son vibraciones relacionadas con el sueño profundo,
el trance hipnótico y la fase REM del sueño.
• Theta (3.5 a 7.5 hertzios): son vibraciones
producidas en estados de incertidumbre y
problemas sin resolver.
• Alfa (7.5 a 13 hertzios): son ondas emitidas
por el cerebro en estados de tranquilidad,
relajación o meditación.
• Beta (13 a 28 hertzios): son ondas detectadas
por el encefalograma en estados de atención,
ansiedad, sorpresa, miedo o estrés.
Entre todos los efectos sonoros, la voz humana y los sonidos de los animales y de la naturaleza en general, junto con la música, son
los más allegados a la experiencia humana.
Tanto que son capaces de despertar recuerdos
y sensaciones y transportarnos a parajes escondidos en nuestro interior. Se sabe que el
cerebro tiende a seguir los estímulos rítmicos
y que se sintoniza con ellos, por tanto, la selección de sonidos es importante para la salud
del organismo.
Reflexiona
1. ¿Cuáles son tus sonidos preferidos y cuáles te molestan?
2. ¿Qué efecto tiene en ti la música que escuchas?
3. ¿A qué se refiere la contaminación auditiva?
146
T em a
Las ondas
mecánicas
Competencias
Comprensión
de información
• Aplico las propiedades de
las ondas mecánicas.
• Explico brevemente los
fenómenos relacionados
con la reflexión, la
refracción y la difracción
de las ondas mecánicas.
Indagación y
experimentación
• Indago y comunico
los resultados sobre
la observación
de fenómenos
relacionados con las
ondas longitudinales y
transversales.
• Indago sobre diferentes
eventos relacionados con
las ondas mecánicas.
Promoción de
compromisos
personales y sociales
• Valoro los conocimientos
de fenómenos asociados
con las ondas mecánicas
y sus aplicaciones en
diferentes ramas de la
salud y la industria.
Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno de actividades:
1. Describe cuál crees que es la diferencia entre una onda
mecánica y una onda electromagnética.
2. Explica cómo se forma una onda y cuáles son sus partes
principales.
3. Dibuja los siguientes fenómenos ondulatorios:
– Piedrecilla arrojada a una cubeta de agua o a un lago.
– Movimiento de un barco de papel en un río.
– Vibración de una cuerda de la guitarra.
Manejo conocimientos propios de las
ciencias naturales
• Establezco relaciones entre frecuencia, amplitud, velocidad
de propagación y longitud de onda en diversos tipos de
ondas mecánicas.
• Explico el principio de conservación de la energía en ondas
que cambian de medio de propagación.
• Explico las aplicaciones de las ondas estacionarias en el
desarrollo de instrumentos musicales.
147
Me aproximo al conocimiento como científico(a) natural
• Formulo preguntas específicas sobre una observación, sobre una experiencia, o
sobre las aplicaciones de teorías científicas.
Explora
¿Cómo construir un modelo
del movimiento ondulatorio?
¿Cómo proceder?
1 Pega aproximadamente 20 palos de paleta por
cada metro de cinta de enmascarar. Repite el
proceso hasta tener una cinta de 3 m de largo,
dejando libres 10 cm a cada extremo para
sujetar la cinta.
Materiales
• 50 a 70 palitos de paletas o bajalenguas
• Regla o cinta métrica
• Cinta de enmascarar angosta
• Cuerda
2 Ten cuidado de que los espacios entre los palitos
sean iguales (cada 5 cm); también de que cada
palito quede pegado en su parte central y quede
en ángulo recto respecto a la cinta.
3 Luego, entre dos personas, levanten la cinta
de manera que los palitos queden en la parte
inferior de la cinta. Uno de los extremos se
puede fijar a una mesa o algún soporte de
pared. El otro extremo puede ser sostenido
firmemente por una persona, o en otro soporte.
En este caso, la tensión de la cinta se regula al
mover uno de los soportes.
Razona y concluye
1 Describe y dibuja qué sucede si mueves uno de los palitos torciendo un poco la cinta y luego
la sueltas.
2 Identifica en esta experiencia una onda y sus partes.
Explora algo más
1 Diseña otra actividad experimental para mostrar las propiedades de las ondas mecánicas.
Descríbela brevemente.
2 Consulta la siguiente página web: www.concurso.cnice.mes/es/cnice2005/56_ondas/index.
htm. Escribe tus hallazgos.
148
Idea principal
A nuestro alrededor existe una
gran variedad de fenómenos
físicos que presentan
características análogas a las
ondas. El sonido y la luz son
los fenómenos más frecuentes.
Algunos ejemplos de ondas
son: las sonoras, las sísmicas,
las explosivas, y otras que no
se pueden observar fácilmente
como las de radio, las señales
de televisión y los rayos X.
El estudio de los fenómenos
ondulatorios supone la utilización
de conceptos como período,
frecuencia, longitud de onda y
amplitud, y junto a ellos el de
frente de onda, característico
de las ondas bidimensionales y
tridimensionales.
Vocabulario
Onda mecánica, 149
Perturbación, 149
Ondas longitudinales, 152
Ondas transversales, 152
Cresta, 153
Valle, 153
Amplitud de onda, 153
Longitud de onda, 153
Período, 153
Frecuencia, 154
Las ondas mecánicas
transportan energía
Una onda mecánica es una perturbación que se propaga a
través de un medio elástico y transporta sólo energía sin que
haya transporte neto de materia. La energía se propaga al producir la vibración de la materia del medio, aprovechando la
elasticidad de ésta. Un medio elástico es aquel material que
luego de que la perturbación ha pasado es capaz de retornar a
su forma inicial.
Para que se produzca una onda mecánica son necesarias
las siguientes condiciones:
• Una fuente de perturbación.
• Un medio o material a través del cual se propague la perturbación.
• Un mecanismo por medio del cual las partículas del medio
interactúen entre sí para intercambiar energía.
La fuente de perturbación provoca que las partículas que
componen el medio oscilen alrededor de una posición de equilibrio, por lo que su desplazamiento neto es igual a cero. Al interactuar las partículas unas con otras, se transfiere la energía
desde una partícula hacia su más próxima vecina y así sucesivamente sin que haya transporte neto de la materia constituyente del medio.
Lectoescritura
Al finalizar el desarrollo de este
tema, diseña un experimento
para demostrar al grupo
tus conocimientos sobre las
ondas. Puedes utilizar resortes,
cuerdas, espirales, cubetas con
diferentes soluciones. Acompaña
tu exposición con gráficos
explicativos.
Figura 6.1. Ejemplo de una onda mecánica que se formó al lanzar una piedra al agua.
149
Las ondas mecánicas, debido a su mecanismo de expansión, cuentan con las siguientes características:
• La onda se propaga desde la fuente en todas las direcciones en que le sea posible.
• Dos ondas pueden entrecruzarse en el mismo
punto del medio sin modificarse la una a la
otra.
• La velocidad de la onda es una propiedad
que depende únicamente de las características físicas del medio.
Como ejemplo de ondas mecánicas, se encuentra el caso de la sacudida por un extremo
de una alfombra o de un látigo, la alfombra o
el látigo no se desplazan, pero sí una onda se
propaga a través de ellas.
Las ondas que se forman en la superficie
del agua en forma de círculos concéntricos
cuando un cuerpo golpea la superficie es otro
caso de ondas mecánicas.
El sonido es también un ejemplo de una
onda mecánica y como tal necesita un medio
para propagarse, normalmente la atmósfera,
ya que está constituido por una variación de
la presión atmosférica. Debido a esta característica no puede propagarse por el vacío, de
ahí que en el espacio no haya sonido.
El movimiento ondulatorio por el cual se
propaga energía de un lugar a otro, a través
de un medio material, sin transferir materia, se explica a través de las llamadas ondas
mecánicas.
La materia y la energía están íntimamente
relacionadas. La primera está representada
por partículas y la segunda por "ondas". En
esta relación se habla de la naturaleza dual,
corpuscular y ondulatoria de la materia, relación que se hace más evidente en el mundo
subatómico, ya que "algo" puede comportarse
como partícula u onda según el experimento
que se esté haciendo. Por ejemplo, la electricidad está constituida por electrones y éstos
presentan este doble comportamiento.
150
Es muy frecuente la presencia de las ondas en los fenómenos físicos como los electromagnéticos y los acústicos; así mismo en
la Tierra, cuando se presenta una falla en las
capas internas del planeta o cuando existe un
corrimiento de éstas, ocasiona un movimiento
sísmico. Esta vibración se debe a la propagación de ondas parecidas a las que se producen
cuando se acciona un diapasón.
Clasificación de las ondas
Las ondas se clasifican atendiendo a cuatro
aspectos diferentes: en función del medio en
el que se propagan, en función de su propagación o frente de onda, en función de la dirección de la perturbación, y en función de su
periodicidad. En seguida estudiaremos cada
uno de dichos aspectos.
En función del medio en el que se propagan
Ondas mecánicas: necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse
como el agua, el aire, un resorte o una cuerda.
Las partículas del medio oscilan alrededor de
un punto fijo, por lo que no existe transporte
neto de materia a través del medio. Por ejemplo, cuando una gota cae a un estanque, la gota
transfiere energía y hace que las partículas de
Figura 6.2. El agua constituye un medio elástico en el que
pueden propagarse las ondas mecánicas.
agua a su alrededor se muevan de arriba hacia
abajo. Este movimiento hace que las partículas cercanas también se muevan de arriba hacia abajo, formando ondas que se desplazan a
través de la superficie del agua, también hace
que pasen de una partícula a otra y se propaguen alejándose del lugar en el que la gota entró en el estanque (figura 6.1).
Ondas electromagnéticas: las perturbaciones
producidas por la propagación a través del espacio de campos eléctricos y magnéticos recibe
el nombre de ondas electromagnéticas.
A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin que sea necesario un medio a través del
cual se transporten, pudiendo, por tanto, propagarse en el vacío con la velocidad de la luz.
Figura 6.4. Ondas gravitacionales.
pacio-tiempo. En general, en cuanto más masivo sea el cuerpo y mayor sea su aceleración,
mayor será la onda gravitacional producida.
En función de su propagación
o frente de onda
Ondas unidimensionales: son aquellas que
se propagan a lo largo de una sola dirección
del espacio y, por consiguiente, los rayos de estas ondas son paralelos entre sí. La velocidad
de propagación de la onda en la superficie del
líquido dependerá de las propiedades del líquido. Se producen ondas unidimensionales al
pulsar una cuerda o cordón elástico.
Figura 6.3. Las ondas electromagnéticas se propagan a la
velocidad de la luz.
Ondas gravitacionales: son ondas relacionadas con la masa de los objetos y la deformación del espacio-tiempo que le rodea. Cuando
un objeto sufre un cambio en su movimiento,
la deformación a su alrededor se mueve para
reajustarse a la nueva posición del objeto, lo que
produce ondulaciones en la geometría del es-
Crestas
Rayos
l
Figura 6.5. Ondas
unidimensionales como
la de la cuerda de una
guitarra.
151
Ondas bidimensionales o superficiales: se
denominan también ondas superficiales y, por
consiguiente, son ondas que se propagan en
dos direcciones. Se pueden producir cuando
una persona percute intermitentemente la superficie tranquila de un líquido, y se observa
una onda constituida por pulsos circulares
que se propagan a partir del punto de perturbación. Cuando una onda es circular, los pulsos se propagan en todas las direcciones.
Rayos
Figura 6.6. Ondas bidimensionales
o superficiales, como la de una
piedrecilla en el lago.
Crestas
a la misma velocidad y en todas las direcciones.
El medio perturbado puede ser de naturaleza
diversa como aire, agua, un metal o el mismo
espacio. El sonido y las radiaciones electromagnéticas son ondas tridimensionales.
En función de la dirección
de la perturbación
Ondas longitudinales: en éstas, las partículas del medio en el que se propaga la onda vibran de forma paralela a la dirección de propagación. Cuando una persona mueve hacia
el frente y hacia atrás el extremo de un resorte
estirado, dando a dicho extremo un movimiento oscilatorio en la dirección del propio
resorte, se observa que la perturbación está
constituida por una serie de compresiones y
rarefacciones que se propagan a lo largo del
resorte. Este tipo de perturbaciones que se
propagan en el resorte constituyen un ejemplo de ondas longitudinales, equivalentes a
las que produce el sonido cuando se propaga
en el aire.
Ondas tridimensionales o esféricas: una onda
es esférica o tridimensional cuando se produce
una perturbación de alguna de las propiedades
de un medio, como por ejemplo la presión del
aire y esa perturbación se propaga en el espacio
Figura 6.8. El desplazamiento del resorte tiene la misma
dirección del movimiento de la onda, atrás y adelante.
Figura 6.7. Ondas tridimensionales o esféricas como la del
sonido.
152
Ondas transversales: una onda en la que la
vibración de las partículas se hace en la dirección perpendicular a la de propagación de
la onda. Un ejemplo lo constituye una cuerda
medida de la distancia desde el punto medio
hasta la parte superior de una cresta, o hasta
la base de un valle; también se define como el
desplazamiento máximo de la onda desde su
posición de equilibrio o de reposo.
Longitud de onda
Figura 6.9. La cuerda describe un movimiento hacia arriba y
hacia abajo y viceversa.
cuando se agita hacia arriba y hacia abajo y
genera ondas que vibran perpendicularmente
en la dirección de propagación.
En función de su periodicidad
En función de su periodicidad, las ondas son
periódicas, si la perturbación se produce por
ciclos repetitivos, y no periódicas, si la perturbación se produce aisladamente, o si cada
vez que se produce tiene características diferentes.
Partes de una onda
Para ondas sinusoidales se define como la
distancia, medida en la dirección de propagación, entre dos puntos que se encuentran
en el mismo estado de perturbación (cresta a
cresta, valle a valle, nodo a nodo).
La longitud de onda es un parámetro físico que indica el tamaño de una onda y que
por lo general se denota con la letra griega
lambda ().
En el Sistema Internacional, la unidad de
medida de la longitud de onda es el metro, al
igual que cualquier otra distancia. Dados los
órdenes de magnitud de este parámetro, por
comodidad se suele recurrir a submúltiplos
como el milímetro (mm), el micrómetro (μm),
y el nanómetro (nm).
Las partes más importantes de una onda son
la cresta, que es la región más elevada de la
onda; el valle, que es la región más baja de
la onda y contiene el nodo o punto que no se
perturba, y la amplitud de onda, que es una
Longitud de
onda
Longitud de onda
Distancia
Figura 6.11. Representación de una onda sinusoidal.
Amplitud
Longitud de onda
Amplitud
Amplitud
Figura 6.10. Partes de una onda.
Período
El período es el tiempo en el que se completa
una vibración. En el Sistema Internacional el
período se expresa en segundos, y se simboliza por la letra T.
153
Frecuencia
La frecuencia es el número de vibraciones u
oscilaciones completas que se realizan en un
segundo.
La unidad de frecuencia se llama Hertz
(Hz), en honor a Heinrich Hertz, quien demostró la existencia de las ondas de radio en
1886. Una vibración por segundo equivale a
un Hertz. Las frecuencias mayores se miden
en kilohertz (Khz) y las aún más grandes se
miden en megahertz (Mhz) y gigahertz (Ghz),
que corresponden a millones de Hz y miles de
millones de Hz, respectivamente.
La frecuencia es la inversa del período: f =
1/T. Así, si una partícula realiza ocho vibraciones completas en un segundo, la frecuencia será de 8 Hz y el período será entonces de
1/8 de segundo.
La velocidad de la onda y su frecuencia y
longitud de onda están relacionadas entre sí.
La longitud de onda (la distancia entre dos
crestas consecutivas) es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional a la velocidad. En términos matemáticos,
esta relación se expresa por la ecuación: v = 
, donde v es la velocidad,  (la letra griega
nu) es la frecuencia y  (la letra griega lambda)
es la longitud de onda. A partir de esta ecuación puede hallarse cualquiera de las tres cantidades si se conocen las otras dos.
Rapidez de una onda
La rapidez de un movimiento ondulatorio periódico se relaciona con la frecuencia y la longitud de las ondas; depende igualmente de las
propiedades del medio en el que se propaga la
onda. Para una cuerda, por ejemplo, se puede
apreciar que cuanto más gruesa tanto menor
será la rapidez de la onda. Esta rapidez también depende de la tensión a la que se encuentre sometida la cuerda; en tanto más tensionada se encuentre, mayor será la velocidad
de propagación de la onda en la cuerda.
Para entender mejor este concepto, ata una
cuerda de un poco más de 6,0 metros de longitud a un clavo en la pared o en otro objeto
adecuado, mide los 6,0 metros de la cuerda
desde el nudo en la pared hasta el extremo
Instante t
t1
y
Instante t +
T
2
t2
t3
x
Instante t + T
Figura 6.12. Período y frecuencia de una onda.
154
x
t1
t2
t3
Figura 6.13. Representación de la rapidez de una onda.
opuesto que debes coger con la mano, en seguida pulsa la cuerda con un movimiento hacia arriba y hacia debajo de la mano, mide el
tiempo que gasta en llegar el pulso al otro extremo y determina la velocidad de propagación de la onda así:
longitud de la cuerda
v=
tiempo en segundos
Repite la actividad, primero modifica la
tensión de la cuerda, para lo cual te corres hacia atrás o hacia adelante según lo prefieras,
y luego utiliza una cuerda más gruesa. Anota
los resultados en tu cuaderno.
Fenómenos de las ondas
Reflexión
La reflexión es un cambio que se produce
en la dirección de propagación de una onda
cuando ésta incide sobre una superficie donde
se refleja, cambiando su dirección, pero no su
forma. Si se traza una perpendicular al punto
de la superficie donde incide y se refleja la
onda (N), se encuentra que el ángulo de incidencia (i), formado con (N), es igual al ángulo
de reflexión (r).
Refracción
Es el cambio de dirección que experimenta
una onda al pasar de un medio material a
otro. Si el medio al que pasa es de mayor densidad, la onda pierde velocidad y su trayectoria se acerca a la normal, en este caso (r) es
menor que (i). Este fenómeno sólo se produce
si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La
refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda.
i
Rayo
incidente
r
Rayo
refractado
Rayo reflejado
r
Normal
Rayo incidente
N.
i
Figura 6.14. Reflexión del rayo de luz al incidir sobre un
espejo.
Figura 6.15. Refracción del rayo de luz al pasar del aire al
agua, produciendo la imagen refractada del lápiz.
155
Difracción
La difracción es la propiedad que posee una
onda para rodear un obstáculo al ser interrumpida su propagación parcialmente por él.
En la figura 6.16 se muestra lo que le ocurre a una onda que se propaga en dirección a
un orificio o abertura situada entre dos barreras. Se observa que la onda al pasar por el
orificio rodea ambos obstáculos y se dispersa
visiblemente. Se puede observar que al pasar
por un orificio dado, la difracción de la onda
será tanto más acentuada cuanto mayor sea
su longitud y si la onda que llega a la barrera
tuviese una longitud menor, su difracción
también sería de menor intensidad.
Por tanto, es posible acentuar la difracción
de una onda a través de un orificio, si se aumenta su longitud de onda o se disminuye el
tamaño del orificio.
Una de las varias aplicaciones de la difracción de las ondas se da para el conocimiento del tamaño de los átomos, ya que
para las longitudes de onda de los rayos X,
las distancias entre los planos atómicos y
moleculares existentes en los cristales hacen
que los rayos X sean difractados y al conocer
las leyes de difracción se puede determinar el
tamaño de los átomos.
Generador de
ondas planas
a
b
va < vs
va = vs
Barrera
Pared
Figura 6.16. Difracción de una onda sonora al pasar por un
orificio, por ejemplo a través de una pared.
156
Onda de choque: cuando un objeto viaja
con mayor rapidez que las de las ondas que
produce, éstas se traslapan en las orillas y el
patrón que generan las ondas traslapadas tienen una forma de V. Cuando la onda es plana,
forma un patrón de círculos traslapados en
forma de V, pero cuando la onda es esférica, el
patrón de ondas traslapadas forma un cono. A
estos patrones en V o en cono se les denomina
ondas de choque.
La onda de choque de un avión supersónico, en realidad, forma dos conos, uno de alta
presión con el vértice en la proa del avión y otro
de baja presión en la cola del avión. Esta alta
presión seguida inmediatamente de una menor
presión se conoce como estampido sónico.
En la parte a de la figura 6.17 se puede
apreciar un agrupamiento de los frentes de
onda cuando la velocidad del avión (va) es
menor que la velocidad del sonido (vs); en la
c
d
va > vs
va > > vs
Figura 6.17. Representación de las ondas de choque.
parte b se observa que cuando el avión viaja
a la velocidad del sonido, los frentes de onda
que emite hacia adelante se apilan frente a él;
y en c y d, cuando el avión se mueve a velocidad supersónica, los frentes de onda se apilan
unos sobre otros a lo largo de los lados.
17 m
Interferencia
Este fenómeno ocurre cuando dos ondas se
combinan al encontrarse en el mismo punto
del espacio. La interferencia es la concurrencia de dos ondas en un punto del espacio. El
resultado que se obtiene es otra onda, que es
combinación de las ondas concurrentes (principio de superposición). Por ejemplo cuando
lanzan al agua una segunda o tercera piedra.
Figura 6.18. Representación del fenómeno de interferencia.
Aplicaciones asociadas a la reflexión
y a la refracción
Algunos efectos asociados a la reflexión y a
la refracción son el eco, el radar, el sonar y las
ecografías.
• El eco. Como el sonido es un movimiento
ondulatorio de carácter longitudinal, éste,
Figura 6.19. Condiciones básicas para que se escuche el eco.
como ocurre con todas las demás ondas, se
refleja al encontrar un obstáculo de dimensiones apropiadas, como paredes, montañas, nubes y la propia superficie terrestre.
El ejemplo más conocido de la reflexión del
sonido es el eco, que consiste en la repetición de un sonido por la reflexión de las
ondas que lo producen, cuando encuentra
un obstáculo adecuado.
Para que el eco pueda ser escuchado, es necesario que la sensación del sonido directo
haya terminado. Si se acepta como 340 m/s
el valor medio de la velocidad del sonido y se
tiene en cuenta que toda sensación auditiva
que persiste en el oído es 1/10 de segundo,
se deduce que para que haya eco perceptible la superficie reflectora del sonido debe
estar ubicada mínimo a 17 metros.
• El radar. Es una tecnología electrónica que
aplica la reflexión del sonido para determinar las profundidades de los lugares del mar
por donde navegan los barcos y submarinos;
se usa también para detectar la presencia de
objetos, su distancia, forma y tamaño. Para
esto se emite un sonido bajo el agua, que
después de reflejarse en el fondo del mar o
en el objeto es capturado por un receptor
que registra el tiempo empleado por el so157
Sonar
El tiempo de recorrido de la
onda en los dos sentidos varía
en sitios distintos. Los tiempos
indican que el fondo del
océano se hace más profundo
a medida que el barco se
aleja de la costa, y finalmente,
se convierte en una llanura.
Las ballenas y los delfines
usan una especie de sonar
para ubicar objetos en su
ambiente.
Figura 6.20. Efecto de reflexión aplicado al sonar.
nido para hacer el doble viaje (ida y regreso),
y como se conoce la velocidad del sonido en
el agua, se puede fácilmente calcular la profundidad del mar o la distancia a la cual se
encuentra el objeto.
Debido a que las ondas sonoras son fácilmente absorbidas por el agua, en la actualidad
se usan ondas ultrasónicas cuyas frecuencias
son mayores a 20.000 ciclos por segundo, lo
que produce mayor precisión y aun con esta
tecnología se puede hacer un levantamiento
topográfico del fondo del mar.
utiliza bajo el agua, es decir, en submarinos
o buques de guerra. El sonar emite pulsos de
ultrasonido mediante un dispositivo transmisor sumergido. Luego, a través de un micrófono sensible, capta los pulsos reflejados
por posibles obstáculos o submarinos que se
hayan interpuesto a los pulsos. La deficiencia del sonar es que sólo puede saber la distancia a la que se encuentra el objeto, pero
no la profundidad, cosa que dificulta la tarea de búsqueda de los submarinos.
El radar también es parte importante en el
pronóstico del tiempo, ya que puede detectar
lluvia y granizo en las nubes. El radar emite
ondas de radio en todas las direcciones.
Cuando una onda choca contra partículas
de agua o hielo, parte de su energía se refleja de vuelta hacia el radar. Un receptor,
que mide la cantidad de energía devuelta,
recolecta y calcula la energía que regresa,
y determina cuántas partículas hay y cuán
lejos están, para lo cual toma el tiempo que
tardó la energía en regresar.
• Sonar. Parecido al radar, pero de uso diferente, está también el sonar. Este sistema se
158
Figura 6.21. El radar meteorológico se utiliza para ayudar a
pronosticar las condiciones climáticas.
Personajes y contextos
Heinrich Rudolf Hertz
Científico alemán nacido
en 1857. Tras hacerse ingeniero en 1878, abandonó
esta profesión para dedicarse a la investigación en
física, materia en la que se
doctoró en la Universidad
de Berlín en 1880.
En 1885, Hertz aceptó la
posición de profesor de física
en Karlsruhe donde descubrió las ondas de radio en 1888, su trabajo más importante. Estudio sobre la penetración de los rayos
catódicos en láminas delgadas de metal, concluyendo
que los rayos catódicos eran ondas y no partículas.
Después de encontrar que la velocidad de las
ondas de radio era la misma que la de la luz, Hertz
demostró que las ondas de radio, al igual que las de
la luz, podían reflejarse, refractarse y difractarse.
Confirmó en forma experimental las teorías del
físico inglés James C. Maxwell sobre la identidad de
las características entre las ondas luminosas y electromagnéticas, consagrándose a la tarea de emitir
estas últimas.
Para ello construyó un oscilador (antena emisora) y un resonador (antena receptora), con los
que transmitió ondas electromagnéticas y puso en
marcha la telegrafía sin hilos. Desde entonces, se
conocen como ondas hertzianas a las ondas electromagnéticas producidas por la oscilación de la
electricidad en un conductor, que se emplean en la
radio; también deriva de su nombre el hertzio, unidad de frecuencia que equivale a un ciclo por segundo y se representa por la abreviatura Hz (y sus
múltiplos: kilohertzio, megahertzio y gigahertzio).
Después continuó investigando en otros temas
científicos, hasta elaborar unos principios de mecánica (que aparecieron después de su muerte, en
1894), en los que desarrollaba toda la mecánica a
partir del principio de mínima acción, prescindiendo
del concepto de fuerza.
áfica
Amplía la ficha biogr
tener la preparación
1. ¿Qué influencia pudo
el descubrimiento
académica de Hertz en
de las ondas de radio?
ne el descubrimiento
2. ¿Qué aplicaciones tie
de las ondas de radio?
biografía de Hertz
3. ¿Qué aspectos de la
render la importancia
te han ayudado a comp
de la ciencia?
Lee diagramas
Ondas: semejanzas y diferencias
¿Cuáles pueden ser las similitudes y diferencias entre
las ondas A, B, C y D?
Ayuda: compara para cada onda la longitud, la
amplitud y la frecuencia, con el apoyo del siguiente
cuadro y su disposición en la cuadrícula.
Onda
Longitud
de onda
Amplitud
de onda
A
B
C
D
Frecuencia
de la onda
A
B
C
D
159
Salud
Las ecografías
Las imágenes de las ecografías se deben a una reconstrucción con base en la reflexión del sonido. Los
médicos gineco-obstetras utilizan estas imágenes
para seguir el desarrollo detallado del feto en el proceso de gestación y su aplicación no constituye ningún tipo de riesgo para las pacientes.
Es una técnica en la que el sonido de frecuencia
muy alta es dirigido hacia el organismo donde se refleja y el sonido reflejado es digitalizado para producir
una imagen móvil en una pantalla o una fotografía
de esa imagen. Esta técnica no se puede utilizar para
observar los huesos o los pulmones, ya que el aire y
los huesos absorben prácticamente todo el haz de
los ultrasonidos emitidos.
Comprensión de la lectura
¿Qué importancia tienen para tí las imágenes ecográficas? Explica brevemente y coméntalo con tus
compañeros.
Geología
Ondas sísmicas
Un terremoto se produce por la sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre, que tiene su
origen a una cierta profundidad en un punto llamado
foco o hipocentro, generando ondas mecánicas, llamadas sísmicas, que se propagan en la superficie con
una intensidad tanto mayor cuanto menor sea la distancia respecto al epicentro.
La deformación de los materiales rocosos produce distintos tipos de ondas sísmicas. Un deslizamiento súbito a lo largo de una falla, por ejemplo,
produce ondas longitudinales de empuje y tiro (P)
y transversales de cizalla (S). Los trenes de ondas P,
de compresión, establecidos por un empuje (o tiro)
en la dirección de propagación de la onda, causan
sacudidas de atrás hacia adelante de la superficie
terrestre. Los desplazamientos bruscos de cizalla se
mueven a través de los materiales con una velocidad
de onda menor al agitarse los planos desde arriba
hacia abajo.
Cuando las ondas P y S encuentran un límite,
como la discontinuidad de Mohorovicic (Moho), que
yace entre la corteza y el manto de la Tierra, se reflejan, refractan y transmiten en parte y se dividen
en algunos otros tipos de ondas que atraviesan la
Tierra. Los intervalos de propagación dependen de
los cambios en las velocidades de compresión y de
onda S al atravesar materiales con distintas propiedades elásticas. Las rocas graníticas corticales muestran
velocidades típicas de onda P de 6 km/s, mientras que
las rocas subyacentes máficas y ultramáficas (rocas
oscuras con contenidos crecientes de magnesio y
hierro como los basaltos y las peridotitas) presentan
velocidades de 7 y 8 km/s, respectivamente.
Comprensión de la lectura
¿Qué te aporta el estudio de las ondas mecánicas en
la comprensión de esta lectura? Explica brevemente
y coméntalo con tus compañeros.
Explora
en internet
Consulta la siguiente página para observar y analizar algunas simulaciones de fenómenos ondulatorios:
www.newton.cnice.mes.es/4eso/ondas/ondas_indice.htm
160
Me aproximo al conocimiento como
científico(a) natural
• Comunico el proceso de indagación y los resultados, utilizando gráficas,
tablas, ecuaciones aritméticas y algebraicas.
Laboratorio
¿Cómo son las ondas mecánicas y sus propiedades?
Referente teórico
Materiales
Los distintos movimientos ondulatorios tienen
una característica común: son situaciones
producidas en un punto del espacio, que se
propagan a través del mismo y se transmiten
a otros puntos.
Cuerdas, resortes, cubeta, agua, reglas de
plástico con uno y dos orificios en la base,
un balín y un lápiz.
Propósitos
• Identificar los principales componentes de
una onda mecánica y sus propiedades.
• Desarrollar su capacidad de investigación,
observación, comparación y análisis.
¿Cómo proceder?
1. Toma una cuerda, de un extremo manténla fija, y del
otro, genera un movimiento ondulatorio.
2. Toma la misma cuerda y genera movimientos
ondulatorios en ambos extremos.
3. Toma un resorte y genera desde uno de sus extremos
un movimiento horizontal.
4. Toma una cubeta, llénala con agua hasta la mitad,
cuando el agua esté en estado de equilibrio, desde
cierta altura, lanza en línea recta un balín.
5. Mantén el agua de la cubeta en estado de equilibrio,
desde uno de sus extremos genera un movimiento
ondulatorio con una regla de plástico.
6. Mantén el agua de la cubeta en estado de equilibrio,
en uno de sus extremos coloca un obstáculo y desde el
otro genera un movimiento ondulatorio con la regla de
plástico.
7. Mantén el agua de la cubeta en estado de equilibrio, en
uno de sus extremos coloca la regla con los orificios y
desde el otro genera un movimiento ondulatorio con otra
regla de plástico.
¿Cómo proceder?
Desarrolla las actividades del 1 al 7 de acuerdo
con las orientaciones dadas en la tabla de abajo.
Análisis de datos y conclusiones
En cada caso registra tus observaciones
acompañadas de un dibujo y tu explicación de
lo observado.
Registra los siguientes datos
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste.
c. ¿Qué tipo de ondas se describen, cuáles son
sus partes?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste.
c. ¿Por qué ocurre este fenómeno?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste.
c. ¿Qué tipo de ondas se describen?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste.
c. ¿Qué tipos de ondas se describen?
d. ¿Qué partes de la onda alcanzas a distinguir?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste.
c. ¿Qué tipo de ondas se describen?
d. ¿Qué diferencias encuentras con las ondas descritas
en el punto anterior?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste y ubica sus partes.
c. ¿Por qué ocurre este fenómeno?
d. ¿Cuál es el nombre de este fenómeno ondulatorio?
a. ¿Qué observas?
b. Dibuja lo que observaste y ubica sus partes.
c. ¿Por qué ocurre este fenómeno?
d. ¿Cuál es el nombre de este fenómeno ondulatorio?
161
Ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
Manejo conocimientos propios de las ciencias naturales
• Indago sobre un avance tecnológico y sus aplicaciones en la medicina.
El ultrasonido y sus aplicaciones
Los ultrasonidos
La frecuencia más elevada de captación de
sonido de algunos animales con respecto a las
El ultrasonido son ondas acústicas cuya frepersonas, como roedores, perros o gatos, se excuencia está por encima de los 20 Khz, corresplota en la fabricación de ahuyentadores ultraponden a vibraciones de un medio natural,
sónicos de estos animales, que a pesar de ser
similares a las ondas sonoras, pero cuya freinaudibles para el ser humano sí afectan a los
cuencia no está en el umbral de percepanimales dentro del margen de mación del oído humano. El estudio
yor sensibilidad de cada especie,
y aplicación de estas vibraya que hace insoportable su
ciones reciben el nombre
permanencia en su radio de
de ultrasónica. Para una
acción.
misma amplitud un ulTambién algunas estrasonido emite mucho
pecies de insectos como
más energía que un somosquitos, moscas, cucanido audible puesto que
rachas, etc., son afectadas
tiene más frecuencia.
por las vibraciones ultrasóniA finales del siglo XIX
cas del medio, que perturban su
se comenzó a investigar con un
sistema nervioso y provocan que
pequeño silbato ultrasónico la freFigura 6.22. Ecografía.
abandonen la zona de acción de
cuencia umbral superior de audición
los aparatos. Los ahuyentadores
del ser humano, y también se estudió la freestán diseñados con base en la emisión de oncuencia umbral superior de algunos animales,
das ultrasónicas.
con el fin de precisar la importancia de la relación auditiva de los organismos con el medio y
Aplicaciones de los ultrasonidos
de compararla con la de las personas.
Ultrasonidos
En Khz
0,02
0,05
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
Ser humano
Murciélago
Mosquitos
Mariposas
Moscas
Cucarachas
Grillos
Perros
Saltamontes
Roedores
Delfines
Topos
Otros
Figura 6.23. Ultrasonidos en la vida animal.
162
En medicina se usan las ondas ultrasónicas
en el diagnóstico y en el tratamiento médico.
El tratamiento está relacionado con la destrucción de tejidos u objetos indeseables en el
organismo como tumores, cálculos biliares y
renales, mediante ondas ultrasónicas de alta
intensidad que se dirigen o enfocan hacia el
material indeseado.
Se trata de una técnica de pulso y eco muy
semejante al sonar, cuyo procedimiento consiste en emitir un breve pulso de ultrasonido
mediante un transductor que transforma un
pulso eléctrico en una vibración mecánica,
que a su vez produce un pulso de onda sonora,
parte de este pulso se refleja en varias superficies interiores del organismo, pero la mayor
parte prosigue. La detección de los pulsos reflejados se lleva a cabo en el mismo transductor que transforma ahora los pulsos de sonido
en pulsos eléctricos y estos pulsos se pueden
entonces presentar en una pantalla de tubo de
rayos catódicos o en un monitor de televisión.
Con esta técnica es posible encontrar tumores y otros crecimientos anormales, o bolsas de fluido; se pueden examinar también
las válvulas del corazón y el desarrollo de un
feto, así como obtener información acerca de
diversos órganos del cuerpo, como el cerebro,
el corazón, el hígado y los riñones.
Aunque el ultrasonido no reemplaza los
rayos X, sí es de gran ayuda para cierto tipo
de diagnósticos, ya que existen ciertos tejidos
y bolsas de fluidos que no son detectadas por
los rayos X, pero sí son detectadas por el ultrasonido.
También es importante porque por intermedio de esta técnica se pueden obtener
imágenes en tiempo real como si se estuviera
viendo una película de imágenes del interior
del organismo, pueden mostrar la estructura
y el movimiento de los órganos internos del
cuerpo, como también la sangre que fluye por
los vasos sanguíneos.
No hay evidencias de efectos perjudiciales con las imágenes ultrasónicas, como sí las
hay con las imágenes de rayos X, por eso se
considera como una técnica no invasiva; sin
embargo, ésta no reemplaza a todas las demás técnicas conocidas. Sus mayores inconvenientes se relacionan con la dispersión de
la luz, ya que esto limita la nitidez de las imágenes y el modo en el que se refleja el sonido
en la materia no es igual al de la luz o al de
los rayos X, por lo que se obtiene distinto tipo
de información con distintas clases de imágenes. Pero a pesar de todo, su aplicación es
cada vez mayor en medicina, equipos de fi-
sioterapia, diagnosis, cirugía y ecografías, entre otras muchas.
Las ondas ultrasónicas han adquirido gran
importancia en los últimos años, por tal razón,
sus propiedades específicas han sido aplicadas en varias ramas de la industria, como:
medición de distancias y espesores, soldadura
de plásticos y metales, taladrado, limpieza de
piezas de joyería, mecánica y óptica, alarmas,
detectores de bancos de pescado; también se
utilizan para precipitar partículas sólidas en
humos y aerosoles, para separar la grasa en el
agua, para reducir la espuma en el envasado
de bebidas a alta velocidad. También permite
ayudar a determinar si una pieza tiene defectos de fabricación (grietas internas, poros).
Comprensión de la lectura
1. En un párrafo explica cómo se aplican los
contenidos del tema en los ultrasonidos.
2. Indaga sobre otros avances tecnológicos relacionados con las ondas mecánicas y prepara una breve exposición para el grupo.
l y ambiental
Analiza el impacto socia
liza el ultrasonido
1. ¿Qué organismos uti
encia?
como medio de sobreviv
en términos sociales y
s,
ble
2. ¿Qué efectos favora
?
uso de estas tecnologías
ambientales, produce el
compromisos
... hacia el desarrollo de
personales y sociales
orar el
ar la decisión de incorp
1. Si tuvieses que tom
s del hogar, ¿para qué
ultrasonido en las labore
lo emplearías y por qué?
actividades en especial
mpañeros, comenten las
2. Reúnete con otros co
situación anterior y
razones expuestas en la
r
diseño para implementa
elaboren un plan y un
.
que sea posible de hacer
un recurso tecnológico
163
163
T em a
El sonido
Competencias
Comprensión
de información
• Identifico las cualidades
del sonido: intensidad,
tono y timbre.
• Establezco relaciones
entre la velocidad del
sonido y su paso por
diferentes medios.
• Explico brevemente en
qué consiste la percepción
auditiva en el ser humano.
Indagación
y experimentación
• Exploro la transmisión del
sonido en una cuerda.
• Construyo el modelo de
un teléfono.
Promoción
de compromisos
personales y sociales
• Aprecio los sonidos
naturales y artificiales y el
aporte del conocimiento
científico para su
comprensión.
• Identifico algunos efectos
de la contaminación
auditiva.
164
Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno de actividades:
1. Haz una lista de algunos sonidos agradables, y otra de
sonidos desagradables.
2. ¿Crees que el sonido se puede transmitir por el vacío?
¿Por qué?
3. ¿Qué crees que es el eco y cuándo se produce?
4. Si un rayo cae a 2 km de donde tú estás, ¿cuánto tiempo
crees que tarda el trueno en llegar a tu oído?
5. Indica tres efectos nocivos producidos por la contaminación
acústica.
6. Lee la siguiente frase y argumenta a su favor o en su contra:
"Todos los organismos tienen la misma capacidad auditiva".
Manejo conocimientos propios
de las ciencias naturales
• Establezco
relaciones entre frecuencia, amplitud, velocidad
de propagación y longitud de onda en diversos tipos de
ondas mecánicas.
• Explico el principio de conservación de la energía en ondas
que cambian de medio de propagación.
• Explico las aplicaciones de las ondas estacionarias en el
desarrollo de instrumentos musicales.
Me aproximo al conocimiento como científico(a) natural
• Formulo preguntas específicas sobre una observación, sobre una experiencia o sobre
las aplicaciones de teorías científicas.
Explora
¿Cómo se transmite el sonido en una cuerda?
¿Cómo proceder?
1 Ata la cuchara a un extremo del hilo.
2 Pon el otro extremo de la cuerda bien
tensionada en tu oído, y deja que la cuchara
cuelgue libremente.
Materiales
• Una cuchara metálica
• Dos metros de hilo
• Dos metros de pita
3 Tapa el otro oído con un dedo.
4 Pídele a un amigo que golpee la cuchara, con
otra cuchara.
5 Repite el procedimiento con la pita.
6 Registra tus observaciones en cada caso.
Razona y concluye
1 ¿Qué ocurre en cada caso cuando empleas
un trozo de cuerda más corto? Explica
brevemente.
2 ¿Qué pasa si usas una cuerda aún más larga?
3 ¿Qué pasa cuando usas la cuerda gruesa?
Explora algo más
1 Plantea algunas preguntas que te causen curiosidad acerca de la actividad anterior.
2 Diseña otra actividad para mostrar las propiedades del sonido. Descríbela brevemente.
165
¿Qué es el sonido?
Idea principal
El sonido se propaga a través
de un medio sólido, líquido o
gaseoso. Las partículas materiales
que transmiten el sonido oscilan
en la dirección de la propagación
de las mismas ondas. Como en el
espacio extraterrestre hay vacío
donde sólo se propagan las ondas
de luz y de radio, los astronautas
utilizan radiotransmisores, de
lo contrario, aunque estuvieran
frente a frente no podrían
escucharse ni aun si gritaran
fuertemente.
Vocabulario
Sonido, 166
Frecuencia, 167
Eco, 167
Velocidad, 168
Rapidez, 169
Reflexión, 170
Refracción, 170
Difracción, 171
Reverberación, 172
Resonancia, 172
Intensidad, 173
Decibelio (dB), 174
Tono o altura, 175
Timbre, 176
Ruido, 178
Amplitud, 183
Lectoescritura
1. Indaga qué tipo de instrumentos
conforman una orquesta
sinfónica, y cómo se aplica
el conocimiento de las ondas
sonoras durante su ejecución.
2. Prepara una exposición para
el grupo, acompañando tu
trabajo con el modelo de un
instrumento; puedes escoger el
instrumento que más te guste.
166
El sonido es una forma de energía, como la electricidad y la
luz. Está constituido por ondas sonoras que se forman cuando
las moléculas de aire vibran como producto de una perturbación y se desplazan hasta el órgano receptor u oído. Cuando se
aplaude o se cierra una puerta, se producen ondas sonoras que
viajan a través del aire, llegan al oído y luego hacia el cerebro,
el cual interpreta o reconoce el sonido.
En otras palabras, el sonido es, desde el punto de vista físico, 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. En general,
se llama sonido a la sensación percibida en el órgano del oído y
producida por el movimiento vibratorio del medio.
Compresión y rarefacción
El aire, que es una mezcla de gases, está compuesto por pequeñísimas partículas invisibles. Cuando el aire está quieto, las
partículas, en promedio, están a igual distancia, pero un objeto
vibrante puede hacer que éstas generen un sistema de partículas que se acerquen y se separen, de manera que se muevan a
través del aire. La parte del sistema que reúne las partículas se
denomina área de compresión, y la parte del sistema que separa o
aleja las partículas se llama área de rarefacción.
Cuerda vibrante
Ondas sonoras
Compresión,
parte de la onda
sonora donde las
moléculas están
concentradas.
Rarefacción,
parte de la onda
sonora donde las
moléculas están
más separadas.
Figura 7.1. El sonido se produce como consecuencia de las compresiones y
rarefacciones de un medio elástico, o sea, de las vibraciones que se generan en él.
Las vibraciones producen sonidos al crear
efectos de compresión y rarefacción, los cuales se desplazan a través del aire hasta llegar
al oído. Cualquier sólido, gas o líquido que
transmite el efecto del sonido se denomina
medio de transmisión. Para el sonido, el medio es la materia ubicada entre el objeto que
vibra y el tímpano del oído.
Cuando se hace referencia al sonido audible por el oído humano, se está hablando de
la sensación detectada por el oído, que producen las rápidas variaciones de presión (compresión y rarefacción) en el aire por encima y
por debajo de un valor determinado. Este valor es de aproximadamente 1 atmósfera.
Cuando las rápidas variaciones de presión
(compresión y rarefacción) se centran entre
20 y 20.000 veces por segundo, equivalente a
una frecuencia de 20 Hz a 20 Khz, el sonido
es potencialmente audible.
Los sonidos muy fuertes son causados por
grandes variaciones de presión. El sonido puede
ser producido por diferentes fuentes, desde una
persona que habla hasta un altavoz, que es una
membrana móvil que comprime el aire y genera ondas sonoras.
El espectro de frecuencias audible varía
según cada persona, edad, etc. Sin embargo,
normalmente se acepta como sonidos audibles por el ser humano aquellos cuyo intervalo se encuentra entre 20 Hz y 20 Khz.
El ultrasonido en la naturaleza
Para los animales de vida nocturna el empleo
del eco es algo tan habitual, como las demás
formas de señalización acústica.
Su mecanismo se basa en una onda sonora
emitida por el animal, que es reflejada por los
objetos que se encuentra en su camino y que regresan de nuevo al oído del animal. De acuerdo
con el tiempo que se necesite para que la onda
sonora regrese, el animal puede determinar la
distancia a la que se encuentra el objeto.
¿Qué es la frecuencia?
Como se mencionó antes, la frecuencia de
una onda sonora se define como el número
de pulsaciones (ciclos) que presenta por unidad de tiempo (segundo). La unidad correspondiente a una frecuencia de una vibración
o un ciclo por segundo se denomina hertz o
hertzio (Hz).
Las frecuencias más bajas corresponden a
lo que habitualmente se llama sonidos graves, que son sonidos con vibraciones lentas.
Las frecuencias más altas corresponden a lo
que se denomina sonidos agudos y son vibraciones muy rápidas.
Figura 7.2. El murciélago tiene un sistema auditivo muy
desarrollado que le permite estimar distancias en la noche y
cazar a su presa.
167
Además, por el carácter del eco, puede llegar a identificar las cualidades del objeto.
Muchos animales como los guácharos, que
son aves nocturnas, y los murciélagos, poseen
la propiedad de utilizar la ecolocalización, que
como su nombre lo indica, a través del eco localizan cualquier obstáculo que encuentren
en su camino. Como todo el día lo pasan en la
profundidad de las cuevas, en plena oscuridad
atraviesan rápidamente los sinuosos pasillos
subterráneos, sin tropezar contra las paredes y
salientes.
De una manera similar se orientan los peces; el movimiento de sus cuerpos provoca
en el medio submarino compresiones locales,
que se propagan hacia distintas partes, igual
que las ondas corrientes. Su repercusión en
los objetos lo capta un órgano especial, la línea lateral, que poseen todos los peces y anfibios rabudos.
Por medio de esta vibrolocalización estos
animales, incluso de noche, no tropiezan contra los obstáculos submarinos.
A los murciélagos y delfines la ecolocalización no sólo les sirve para esquivar obstáculos,
también para localizar las presas. Para ello
necesitan ultrasonidos de frecuencias que varían entre 40
y 300 mil ciclos por segundo y una
long it ud de
onda de uno a
tres milímetros.
Estos seres
no sólo deben
recibir información acerca del
lugar donde está la
presa en el momento dado,
sino también hacia dónde se
dirige y qué velocidad man168
tiene. Al parecer por eso los murciélagos utilizan impulsos sonoros para la localización, en
los que varía la frecuencia de las oscilaciones
de las ondas sonoras.
Los murciélagos no sólo pueden orientarse en el aire, también lo hacen en el agua.
Al volar sobre la superficie del líquido envían
hacia abajo señales acústicas y, tan pronto reciben la respuesta adecuada, meten las garras
en el agua y sacan la presa a la superficie. Resulta que para el murciélago los peces son totalmente "invisibles", pero éstos poseen vejigas natatorias llenas de gas, que son las que
delatan al pez. Los murciélagos sondean con
el localizador el espesor del agua y los detectan fácilmente.
También son grandes especialistas en
ecolocalización las ballenas y las focas de las
regiones polares, quienes durante la mayor
parte del año tienen que atrapar peces debajo
de una gruesa capa de hielo. En las largas noches polares es natural que haya que recurrir
a la ayuda del oído.
Propagación
del sonido
Las ondas sonoras son un tipo de ondas mecánicas llamadas longitudinales. Son mecánicas
porque necesitan un medio material para su
propagación, y longitudinales porque las partículas del medio vibran en la misma dirección
en la que se propaga la onda y pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos.
La propagación de una onda sonora consiste en sucesivas compresiones y rarefacciones del medio, producidas por un foco en
movimiento vibratorio. Al paso de la onda,
el medio experimenta variaciones periódicas
de presión. Toda onda sonora requiere una
fuente emisora, un medio transmisor y un receptor o detector de sonidos.
Las frecuencias más bajas que las audibles
se llaman infrasonidos, y a las ondas que las
producen se les denominan ondas infrasónicas. Las frecuencias más altas que las audibles se llaman ultrasonidos, y las ondas que
las producen, ondas ultrasónicas.
Velocidad de propagación
del sonido
Todos hemos visto el relámpago de luz que
produce un rayo y un momento después hemos oído el trueno; esto ocurre porque el sonido viaja más lento que la luz.
La velocidad con la que se propaga el sonido no depende de su intensidad u otra cualidad, sino de las propiedades del medio.
El sonido se propaga con mayor velocidad
en los medios más rígidos, por lo que la velocidad de propagación es mayor en los sólidos
que en los líquidos y los gases.
Propagación por los diferentes medios
Se ha determinado el valor de la velocidad de
propagación del sonido en algunos materiales, esos valores de velocidad se muestran en
la tabla 7.1.
El sonido se propaga a través de las partículas que forman un medio. Cuando a una partícula se le suministra una energía que la hace
vibrar, ésta transmite su vibración a las partícu
Sustancia
Densidad (kg/m3) Velocidad (m/s)
Aire
1.20
344
Etanol
790
1.200
Benceno
870
1.300
Agua
1.000
1.498
Aluminio
2.700
5.000
Cobre
8.910
3.750
Vidrio
2.300
5.170
Granito
2.750
6.000
Hierro
7.900
5.120
Tabla 7.1. Velocidad del sonido en distintos medios (a 20 ºC).
las que la rodean, así propaga la energía que
inicialmente se había proporcionado. Al arrojar
una piedra a la superficie de un estanque con
agua, las partículas del agua oscilan y transmiten su movimiento a las partículas contiguas, y
así sucesivamente. Después de un tiempo, las
ondas se van atenuando hasta desaparecer.
Es por esto que la rapidez con la que se
propagan los sonidos depende de los diferentes materiales mediante los que se muevan.
No es lo mismo propagar un sonido en el aire,
donde las partículas están más separadas, que
hacerlo en un sólido como el hierro, en donde
sus partículas están muy juntas.
La velocidad del sonido no sólo depende
del medio en sí; también depende del estado
termodinámico en que se encuentre el medio,
debido a que el módulo de compresibilidad y
la densidad dependen de la temperatura y de
otros factores. En la tabla 7.2 se presentan algunos valores de la velocidad del sonido en
diferentes medios, según las condiciones de
temperatura.
Medio
Velocidad (m/s)
Aire (0 °C)
331
Aire (20 °C)
343
Hidrógeno (0 °C)
1.286
Oxígeno (0 °C)
317
Helio (0 °C)
972
Agua (25 °C)
1.493
Alcohol metílico (25 °C)
1.143
Agua de mar (25 °C)
1.533
Tabla 7.2. Velocidad del sonido.
Vehículos supersónicos
Cuando la rapidez de una fuente sonora es
igual a la velocidad del sonido, el ruido y la
perturbación que ocasiona en el aire forman
una onda de choque que contiene gran cantidad de energía, debido a que las ondas se ubican unas sobre otras, directamente al frente
de la fuente.
169
Avión
supersónico
Onda de choque
frontal
Onda de choque
de cola
Figura 7.3. Representación de la percepción del sonido que
produce un avión supersónico.
Una lancha rápida puede viajar con mayor
rapidez que las ondas que produce y corta el
agua generando una onda de proa bidimensional, que forma una V producida por círculos
traslapados. Cuando un avión viaja a la velocidad del sonido, ocurre algo similar, la onda de
choque se produce por traslape de esferas que
forman un cono. Las crestas de las ondas se
sobreponen y perturban el flujo de aire sobre
las alas del avión, dificultando para el piloto
controlar la nave, lo que requiere una mayor
potencia para romper esta "barrera" y lograr
así viajar a mayor velocidad que la del sonido y
con mayor maniobrabilidad de la nave.
Cuando el avión supera la velocidad del
sonido, se produce una llamada onda de choque que cuando alcanza a ser percibida por
un observador, según la altura a la que vuele
el avión, éste la percibe en forma de un intenso estampido que, aunque sólo dura una
fracción de segundo, tiene energía suficiente
para hacer vibrar y hasta romper algunos materiales de cristal.
Una vez superada la velocidad del sonido,
el avión vuela de forma constante y no perturbada porque ninguna onda sonora se puede
propagar frente a él; sin embargo, un observador externo siempre escuchará una onda de
choque doble: la generada por el extremo delantero del avión y la producida por la cola del
mismo.
170
Un avión que tenga la potencia suficiente
podrá viajar fácilmente con una mayor rapidez que la del sonido y se le denomina supersónico, las velocidades que puede alcanzar se
dan en número Mach, que se obtiene por la
relación entre la velocidad del avión y la velocidad del sonido asumida como de 300 m/s;
una velocidad de 2 Mach equivale a 600 m/s y
una de 5 Mach equivale a 1.500 m/s.
Fenómenos
relacionados con la
reflexión del sonido
El sonido presenta el fenómeno de reflexión, así
pues, cuando sobre un obstáculo una onda sonora se refleja, el ángulo de incidencia es igual
al ángulo de reflexión, y varios fenómenos,
como en el caso del eco, son el resultado de la
reflexión del sonido. El sonar se basa en la reflexión de los sonidos propagados en el agua.
La fracción de la energía que porta la onda
sonora es grande si la superficie de reflexión
es rígida y lisa y es menor si la superficie es
suave e irregular.
En un recinto, si las paredes son superficies reflectoras muy absorbentes, la intensidad
del sonido será baja y se dice entonces que el
recinto suena gris y sin vida; generalmente se
usan para hacer grabaciones o para espacios
de reposo. La adecuada reflexión del sonido
en un recinto lo hace vivo y lleno, como en el
caso de auditorios y salas de concierto.
El sonido está sometido al fenómeno de la
refracción, es decir, a la desviación que sufren
las ondas en la dirección de su propagación,
cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. En este fenómeno, el ángulo de refracción no es igual al de incidencia.
La refracción se debe a que al cambiar de
medio, cambia la velocidad de propagación
θr1
Rayo refractado
Aire
Agua
θr3
θi3
θi1
Rayo reflejado
Rayo 3
Rayo 1
Figura 7.4. Representación del fenómeno de reflexión.
Figura 7.5. Representación del fenómeno de refracción.
del sonido. La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando
las características de éste no son homogéneas;
por ejemplo, cuando de un punto a otro de un
medio aumenta o disminuye la temperatura o
la densidad.
Si la densidad del medio aumenta, la velocidad de las ondas sonoras por lo general aumenta y la dirección del haz de ondas se aleja
de la normal, formando un ángulo de refracción mayor que el ángulo de incidencia. Si el
medio es de menor densidad ocurre lo contrario.
La difracción se puede producir por dos
motivos diferentes:
• Porque una onda sonora encuentra a su
paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las
bajas frecuencias son más capaces de rodear
los obstáculos que las altas. La onda rodea
los obstáculos, pues cada molécula del aire
se comporta como una nueva fuente de sonido. Esto permite oír aunque no se vea la
fuente sonora original.
• Cuando el sonido pasa por una abertura
grande en comparación con su longitud de
onda, éste pasa de manera
nítida y sólo se absorbe
una parte alrededor de
Difracción
Cuando las ondas sonoras inciden sobre una
abertura u obstáculo que impide su propagación, de ancho igual o menor que la longitud
de las ondas, todos los puntos de su plano se
convierten en fuentes secundarias de ondas
y emiten nuevas ondas, denominadas ondas
difractadas, que se propagan al otro lado de la
abertura en todas las direcciones.
Esto explica por qué, en general, un obstáculo no impide el avance de una onda
sonora.
Figura 7.6. Diagrama que
ilustra la difracción de ondas
planas en agua al pasar por una
rendija estrecha.
Barrera
Generador
de ondas
planas
Rendija
99
171
las paredes de la abertura. Pero si la abertura es muy angosta en relación con la longitud de onda, el sonido se difracta y lo que
se escucha al otro lado es muy difuso.
Reverberación y resonancia
La reverberación es un conjunto de reflexiones múltiples que ocurren cuando el sonido
se refleja en las paredes, en el techo y el piso
de un recinto y estas superficies reflectoras
vuelven a reflejarlo, llegando a repetir estas
reflexiones varias veces.
Este fenómeno ocurre porque las ondas
sonoras inciden en las diferentes superficies y
éstas las reflejan de diferente forma según su
coeficiente de reflexión acústica, el cual está
determinado por las características físicas del
local y de sus superficies.
Por otra parte, si las superficies reflectoras
son muy absorbentes, la intensidad del sonido
es baja y se dice que el recinto suena gris y sin
vida, ya que según los especialistas en acústica, la buena reflexión del sonido en un recinto lo hace vivo y lleno.
En el diseño de un auditorio o sala de conciertos se debe encontrar un equilibrio entre
la reverberación y la absorción, y con frecuencia se instalan superficies muy reflectoras detrás del escenario que dirijan el sonido hacia
la audiencia, para lo cual es indispensable el
conocimiento de la acústica, que se basa en
aplicaciones de las propiedades del sonido.
La resonancia ocurre cuando las frecuencias de las vibraciones forzadas de un objeto
coinciden con la frecuencia natural del mismo,
lo que provoca un aumento sustancial de la
amplitud. Literalmente, resonancia quiere decir "volver a sonar"; por tanto, para que algo
resuene se necesita una fuerza que lo regrese
a su posición inicial y que la energía sea suficiente para mantenerlo vibrando.
El sonido de una guitarra acústica no proviene sólo de las cuerdas que vibran y crean un
patrón de compresión y rarefacción en el aire,
sino de las vibraciones del cuerpo de la guitarra y del aire que hay en su interior. Cuando la
cuerda está sujeta a la guitarra, el cuerpo del
instrumento y el aire presente en su interior vibran a la misma frecuencia que las cuerdas, o
dicho de otra manera, están en resonancia.
La resonancia acentúa no sólo el sonido
de la música y no se restringe únicamente al
F
F
R
R
Sonido directo
Sonido con reverberación
Figura 7.7. El sonido nos puede llegar de manera directa a través de un conjunto de reflexiones múltiples.
172
movimiento ondulatorio. Se presenta siempre
que se aplican impulsos sucesivos a un objeto en vibración con su frecuencia natural,
acentúa el color de las hojas, la altura de las
mareas, la operación de los rayos láser y una
multiplicidad de fenómenos que imparten belleza al mundo que nos rodea.
Instrumentos musicales
de cuerdas
En los instrumentos de cuerda el sonido se
produce al poner a vibrar cuerdas de tripa o
alambres de acero que se templan a través de
un traste según el sonido que se quiere producir. Dichas cuerdas son más cortas, más tirantes, cuando han de emitir sonidos más
agudos. Estos instrumentos se pueden clasificar
de acuerdo con el accionar de las cuerdas, así:
• En los instrumentos de cuerdas soltadas,
el sonido es emitido por la separación de
la cuerda de su posición de equilibrio y es
soltada sin velocidad inicial para que oscile libremente, como en el caso del arpa, la
bandolina, la guitarra y el cuatro.
• En los instrumentos de cuerdas golpeados,
el sonido es provocado por el choque de un
martillo que da a la cuerda una velocidad
inicial, ésta oscila después libremente, como
en el caso del piano.
• En los instrumentos de cuerdas frotadas, el
sonido es provocado por el rozamiento de
un arco sobre la cuerda, como en el caso
del violín, el violonchelo, la viola y el contrabajo.
Instrumentos musicales
de viento
En los instrumentos musicales de viento, el
sonido se produce por una vibración de una
columna de aire en el instrumento; hay varias
formas de poner a vibrar esa columna de aire.
En los instrumentos de metal como trompetas y trombones, las vibraciones de los labios
del ejecutante interaccionan con las ondas estacionarias que se establecen por la reflexión
de la energía acústica dentro del instrumento,
debido al abocinamiento de la boca. Las longitudes de las columnas de aire que vibran se
manipulan o controlan oprimiendo válvulas.
En los instrumentos de viento como clarinetes, saxofones y oboes, el ejecutante produce una corriente de aire que pone a vibrar
una lengüeta. En las flautas, el músico sopla
el aire contra la orilla de un agujero y produce
una corriente variable que pone a vibrar la columna de aire.
Cualidades del sonido
Intensidad
Figura 7.8. Instrumentos
de cuerda.
La intensidad del sonido es una propiedad
que está relacionada con la energía de vibración de la fuente que emite la onda sonora. Al
propagarse, esta onda transporta energía y la
distribuye en todas direcciones. Cuanto ma173
yor sea la cantidad de energía por unidad de
tiempo que una onda sónica transporta hasta
el oído, tanto mayor será la intensidad del sonido que se percibirá.
La cantidad de energía transportada por
una onda es tanto mayor cuanto mayor sea la
amplitud de la misma, por tanto, la intensidad es la sensación asociada a la forma como
recibe el sonido el ser humano. Los sonidos
pueden clasificarse en fuertes o débiles, según su intensidad sea elevada o baja.
La intensidad acústica es una magnitud
que da idea de la cantidad de energía que está
fluyendo por el medio como consecuencia de
la propagación de la onda, es proporcional al
cuadrado de su frecuencia y al cuadrado de su
amplitud y disminuye con la distancia al foco.
La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad acústica, pero también
de la sensibilidad del oído. La intensidad del
sonido se mide en una unidad denominada
bel (en homenaje a Alexander Graham Bell).
En la práctica, para expresar intensidades sonoras se emplea una escala cuyas divisiones
son potencias de diez y cuya unidad de medida es el decibelio (dB). Esto significa que
una intensidad acústica de 10 decibelios corresponde a una energía diez veces mayor
que una intensidad de cero decibelios o umbral de la audición; una intensidad de 20 dB
representa una energía 100 veces mayor que
la que corresponde a 0 decibelios; en consecuencia, 30 dB es 1.000 veces, y así sucesivamente hasta alcanzar una intensidad cercana
a 140 dB, que es cuando se comienzan a producir sensaciones de dolor; de los 80 dB hacia
arriba comienzan a ser sonidos que producen
daños fisiológicos de la audición.
Otro de los factores de los que depende la
intensidad del sonido percibido es la frecuencia. Lo que significa que para una frecuencia
dada un aumento de intensidad acústica da
lugar a un aumento del nivel de sensación sonora, pero intensidades acústicas iguales a diferentes frecuencias pueden dar lugar a sensaciones distintas.
Tono
La altura o tono de un sonido se relaciona con
la frecuencia f de la onda sonora, de modo que
cuanto más agudo sea el sonido, tanto mayor
será su frecuencia. Así pues, la frecuencia de
Tímpano. Dentro de la
cabeza, las vibraciones
golpean una membrana
llamada tímpano, haciendo
que se mueva hacia atrás y
hacia adelante.
Huesecillos. Cuando
el tímpano vibra,
hace mover tres
huesos diminutos
llamados huesecillos.
Canal auditivo
Oído. Cuando suena la
trompeta, vibra el aire
que está alrededor. El
oído externo dirige las
vibraciones hacia el
canal auditivo.
Figura 7.9. Intensidad del sonido.
174
Cóclea. Dentro del oído, los huesecillos
vibran contra la cóclea. Las vibraciones
forman ondas en el líquido de la cóclea.
Estas ondas empujan otra membrana
que, a su vez hace mover diminutos
receptores capilares. Estos receptores
envían señales a través de los nervios
hasta el cerebro. El cerebro procesa las
señales de sonido y se escucha.
Longitud de una
onda sonora
producida por
sonidos de tono
grave.
Osciloscopio
Longitud de una onda
sonora producida por
sonidos de tono más
agudo.
Figura 7.10. Frecuencia del sonido.
la voz masculina, en general, es menor que la
frecuencia de la voz femenina, ya que las cuerdas vocales de los hombres vibran con una
frecuencia menor que las cuerdas vocales de
las mujeres. En resumen, la altura de un sonido se caracteriza por la frecuencia de la onda
sonora. Un sonido de frecuencia baja es grave
y un sonido de frecuencia alta es agudo.
La frecuencia es una entidad física y, por
tanto, puede ser medida de forma objetiva por
diferentes medios. Pero el tono o altura de un
sonido es un fenómeno totalmente subjetivo
y no es posible medirlo de manera objetiva.
La altura de un sonido es la cualidad que
permite clasificarlo como grave o agudo. En
general, los hombres tienen voz grave, voz
gruesa, y las mujeres, voz aguda, voz fina. En
lenguaje musical se dice que un sonido agudo
es alto, y que uno grave es bajo.
Por tanto, la altura o el tono es la cualidad
del sonido mediante la cual el oído le asigna
un lugar en la escala musical, lo que permite
distinguir entre los graves y los agudos. La
magnitud física que está asociada al tono es
la frecuencia. Así, el sonido más grave de una
guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4
Hz y el más agudo a 698,5 Hz.
Los cantantes de música clásica se clasifican de acuerdo con la frecuencia de las notas
que son capaces de emitir, y son los bajos (con
voz grave, masculina), los tenores (con voz
menos grave, masculina), las sopranos (con
voz aguda, femenina), etc. Las frecuencias de
las notas que estos cantantes llegan a emitir
varían desde casi 100 Hz (bajos) hasta 1.200
Hz (sopranos).
Timbre
Si se toca cierta nota de un piano, y si la
misma nota (de la misma frecuencia) fuese
emitida con la misma intensidad por un violín, se podría distinguir una de la otra; es decir, se puede establecer claramente cuál nota
fue la que emitió el piano, y cuál, el violín. Se
dice entonces que estas notas tienen un timbre diferente.
Figura 7.11. Ondas producidas por diferentes vibraciones.
175
Esto se debe a que la nota emitida por un
piano es el resultado de la vibración, no únicamente de la cuerda accionada, sino también
de algunas otras partes del piano (madera, columnas de aire, otras cuerdas, etc.), las cuales
vibran junto con ella. Así pues, la onda sonora
emitida tendrá una forma propia, característica del piano. De la misma manera, la onda
emitida por un violín es el resultado de vibraciones características de este instrumento, y
por ello presenta una forma diferente a la de
la onda emitida por un piano.
Lo que se dice para el violín y el piano se
aplica también para los demás instrumentos
musicales, ya que se puede afirmar que la onda
sonora resultante que emite cada instrumento, y
que corresponde a una nota determinada, tiene
una forma propia característica del instrumento,
o sea, poseen su propio timbre. La voz de las
personas también tiene su propio timbre, ya que
la onda producida por la voz tiene sus propias
características personales. Por esto es que se
puede identificar a una persona por su voz.
El timbre, por tanto, permite distinguir
entre dos sonidos en los que la intensidad y
la frecuencia son iguales, pero que han sido
emitidos por focos distintos. Normalmente,
los sonidos no son puros, es decir, las ondas
no son perfectamente sinusoidales sino que
son el resultado de varios movimientos periódicos superpuestos a la onda fundamental,
que se denominan armónicos o sobretonos.
Así, cada sonido procedente de un instrumento musical o persona es una onda compuesta y tiene unas características específicas
que lo diferencian de las demás. El timbre depende de la forma de la onda.
¿Cómo se percibe
el sonido?
El ser humano posee un órgano receptor del
sonido llamado oído, a través del cual un estímulo acústico se va a convertir en sensación
sonora. El oído humano se divide en tres secciones: oído externo, oído medio y oído interno.
El oído externo está conformado por el pabellón auricular, comúnmente conocido como
oreja y el conducto auditivo externo.
1 Oído externo. Recibe las ondas sonoras;
actúa como un embudo para dirigirlas al
oído.
2 Tímpano. Las ondas sonoras hacen que el
tímpano vibre como un tambor.
3 Oído medio. La vibración del tímpano hace
vibrar tres huesos del oído medio: martillo,
yunque y estribo.
4 Oído interno. Los huesos transportan las
vibraciones a lo largo de un conducto que
está lleno de fluido, vibra y también hace
vibrar diminutas células pilosas.
Nervio
auditivo. Las vibraciones de las
5
células pilosas pasan a través de un
nervio que transporta los mensajes
sonoros al cerebro. El cerebro procesa los
mensajes y tu escuchas el sonido.
Figura 7.12. Percepción del sonido.
176
El oído interno está conformado por el
tímpano, la cadena de huesecillos, el martillo,
el yunque y el estribo, y por la trompa de Eustaquio, que se comunica con la faringe. Es un
conducto que sirve para amortiguar los sonidos fuertes que llegan al oído externo.
El oído interno posee un laberinto anterior o coclear en forma de caracol, que se comunica con el nervio auditivo y el laberinto
posterior o vestibular, formado por tres canales semicirculares que están relacionados con
el sentido del equilibrio.
Los sonidos que escuchamos se deben a
los fenómenos de compresión y rarefacción
del aire, que al penetrar en el oído presiona el
tímpano; estos sonidos son de diferentes fuentes y es a través de la diferenciación entre ellas
que se establece un sistema de comunicación
con el entorno, al poder distinguir entre golpes de objetos, sonidos de los animales, cascadas de agua, diversos instrumentos musicales
y la voz humana.
Los anteriores sonidos se constituyen en
el estímulo específico del oído, ya que llegan
como ondas sonoras originadas por la vibración de un cuerpo. Estas ondas son recogidas
por el oído externo y transmitidas a través del
oído medio, impresionan en el oído interno
las terminaciones del nervio acústico, que
transporta las correspondientes excitaciones a
la corteza cerebral, donde son convertidas en
las respectivas sensaciones.
Cuando alguien nos llama o se comunica
con nosotros, el sistema de compresión y rarefacción creado por las cuerdas vocales de la
persona llega al oído y provoca la vibración
del tímpano.
Las vibraciones pasan del tímpano a una
cadena de tres huesecillos ubicados en el oído
medio, el martillo, el yunque y el estribo.
Cada huesecillo vibra en su momento y las vibraciones pasan del estribo a la cóclea, que es
una cámara llena de un fluido.
Cuando las vibraciones sonoras pasan por
la cadena de los tres huesecillos, y provocan
las vibraciones del fluido de la cóclea, esos receptores se agitan hacia adelante y hacia atrás
enviando diferentes mensajes sonoros al cerebro. Esto se debe a que los finos receptores
capilares de la cóclea están conectados al nervio auditivo, a través del cual se transportan
estos mensajes al cerebro.
Seguidamente, el cerebro analiza los mensajes enviados por los receptores capilares y los
traduce o interpreta como los sonidos correspondientes según la fuente emisora. El cerebro
guarda en el transcurso de nuestras vidas toda
esta información y crea una base de datos de
todos los sonidos, de manera que cuando se
escucha, la percepción del sonido será entonces el proceso mediante el cual se asigna una
información sensorial a una serie de datos previamente almacenados en nuestra memoria,
gracias a la propia experiencia y al aprendizaje
individual.
Música y ruido
Tanto la música como el ruido son sonidos; este último resulta desagradable y fastidioso, pero algunas veces,
como la caída de la lluvia o el oleaje del
mar pueden llegar a ser agradables. Un
sonido puede considerarse como ruido
en determinada situación, pero también
puede considerarse como música en otras
circunstancias, y lo contrario.
Se puede afirmar que el sonido de la
música tiene tonos periódicos o notas musicales, y aunque el ruido no posee estas
características, la frontera entre la música y
el ruido es tenue y subjetiva y para algunos
compositores contemporáneos no
existe; por lo que la diferencia entre
Figura 7.13. La música tiene tonos
periódicos o notas musicales.
177
Diapasón
Flauta
Violín
Gong
Figura 7.14. Ondas generadas por diferentes instrumentos musicales.
diversas clases de música y el ruido viene a ser
un problema de estética y de complejos procesos psicoanímicos.
Una de las definiciones más tradicionales
afirma que "la música es el arte de ordenar los
sonidos en el tiempo".
La música tiene sus propios audiogramas,
que son registros visuales que muestran para
cada instrumento una gráfica de patrones sonoros organizados de las vibraciones características del instrumento. Los objetos que
generan ruido, en vez de música, producen
patrones sonoros desorganizados.
La música es un estímulo que afecta el
campo perceptivo del individuo; así, el flujo
sonoro puede cumplir con variadas funciones
como las de entretenimiento, comunicación,
ambientación, descanso, alegría, etc., y como
toda manifestación artística, es un producto
cultural y su objetivo también está dirigido a
suscitar una experiencia estética en el oyente,
y expresar sentimientos, circunstancias, pensamientos o ideas.
¿Qué es el ruido?
Cualquier sonido que sea calificado por quien
lo recibe como algo molesto, indeseado,
inoportuno o desagradable puede definirse
178
como ruido, inclusive ciertas expresiones musicales para una persona pueden ser calificadas
como ruido, aunque para otras no lo sea.
El ruido aparenta ser el más inofensivo de
los agentes contaminantes, pero en la actualidad se encuentra entre los contaminantes
más invasivos. El ruido del tránsito, de aviones, de camiones de recolección de basuras,
de equipos y maquinarias de la construcción,
de los procesos industriales de fabricación, de
cortadoras de césped, de taladros, de equipos
de sonido, de motocicletas, por mencionar
sólo unos pocos, se encuentran entre los sonidos no deseados que se emiten a la atmósfera
de forma rutinaria.
Mientras que el resto de contaminates son
captados por varios sentidos con similar nivel
de molestia y los daños causados al ambiente
y a la salud, por lo general, suelen notarse a
corto plazo o de manera instantánea, el ruido
produce efectos nocivos que son mediatos y
acumulativos.
Los ruidos más peligrosos para la audición
son los que tienen el tono más fuerte, más alto,
más puro y que se prolongan por más tiempo.
Los sonidos explosivos también son peligrosos
porque pueden romper el tímpano.
30 decibelios
susurro
60 decibelios
conversación
80 decibelios
timbre de teléfono
secador de cabello
90 decibelios
114 decibelios
martillo neumático
120 decibelios
sirena de ambulancia
140 decibelios
avión
165 decibelios
escopeta
180 decibelios
cohete
Decibeles
0
50
100
150
200
Figura 7.15. Los ruidos de más de 85-90 decibelios durante varias horas al día pueden ocasionar la pérdida de la audición.
Salud
Musicoterapia
Desde la antigua Grecia, numerosos filósofos, historiadores y científicos han escrito sobre la música como
agente terapéutico. Pero sólo fue hasta el siglo XVIII
cuando comenzaron a aparecer informes anecdóticos
sobre el uso de la música como medio para curar algunos problemas de salud en las personas; en el siglo XIX
aparecieron informes de experimentos controlados.
La terapia musical o musicoterapia moderna tiene
su origen en Inglaterra. Se han realizado diversos experimentos controlados y hoy se sabe que la música
tiene una serie de efectos fisiológicos.
La música influye sobre el ritmo respiratorio, la
presión arterial, las contracciones estomacales y los niveles hormonales. Los ritmos cardiacos se aceleran o
se vuelven más lentos de forma tal que se sincronizan
con los ritmos musicales. También se sabe que la música puede alterar los ritmos eléctricos del cerebro.
Hay investigadores que sostienen que la música,
cuando se introduce a edades tempranas, puede tener efectos favorables permanentes sobre el sistema
nervioso. Los terapeutas musicales utilizan el sonido
para ayudar con problemas médicos, desde la enfermedad de Alzheimer hasta el dolor de muelas. Los
investigadores han comprobado la incidencia de la
música para disminuir el dolor, mejorar la memoria y
reducir el estrés.
La música, por ser un modificador universal de
los estados de ánimo, puede actuar al distraer y apartar la atención de eventos desagradables, entre ellos,
del dolor, por lo que tiene un efecto positivo sobre el
sistema nervioso, lo que provoca también la capacidad de evocar sentimientos y estados de ánimo que
pueden ser de gran ayuda para controlar no sólo el
dolor sino el temor y la ansiedad que le acompañan.
Comprensión de la lectura
1.¿Qué conocías sobre el tema de la musicoterapia
antes de la lectura? Explica brevemente y coméntalo a tus compañeros.
2.¿Qué te aporta el estudio de las ondas mecánicas
en la comprensión de esta lectura? Explica brevemente y coméntalo con tus compañeros.
179
Personajes y contextos
Christian Andreas Doppler
Christian Andreas Doppler nació en Austria, el 29 de noviembre de 1803. Fue matemático y
físico, conocido principalmente
por su hipótesis sobre la variación aparente de la frecuencia
de una onda vista por un observador en movimiento relativo
frente al emisor. A este efecto
se le conoce como efecto Doppler.
Durante sus años como profesor en Praga publicó más de 50 artículos en áreas de matemáticas,
física y astronomía.
En 1850 fue nombrado director del Instituto de
Física Experimental de la Universidad de Viena, pero
su salud comenzó a deteriorarse. Poco después, a la
edad de 50 años, falleció de una enfermedad pulmonar.
¿Qué es el efecto Doppler?
El efecto Doppler se origina cuando hay un movimiento relativo entre la fuente sonora y el oyente,
cuando cualquiera de los dos se mueve con respecto
Lee diagramas
Ondas sonoras audibles
1.Identifica en qué grado de la
escala se encuentra cada una
de las imágenes. Argumenta
tu respuesta.
2.¿Cuáles producen molestias leves
y cuáles riesgos graves?
Ayuda: ten en cuenta los niveles de
ruido de cada uno.
al medio en el que las ondas se propagan. El resultado es la aparente variación de la altura del sonido.
Existe una variación en la frecuencia que se percibe
con la frecuencia que la fuente original.
Para entenderlo mejor supongamos que estamos
parados en el andén de una estación, a lo lejos un
tren viene a gran velocidad con la sirena accionada,
mientras el tren esté lejos de nosotros, oiremos el silbido de la sirena como una frecuencia determinada,
cuando el tren pase delante nuestro y siga su camino,
el sonido de la sirena cambia con respecto al que estábamos oyendo y con respecto al que vamos a oír
una vez que el tren nos rebasa y sigue su camino.
áfica
Amplía la ficha biogr
tener la preparación
1. ¿Qué influencia pudo
en la publicación de
académica de Doppler
Doppler?
su trabajo sobre el efecto
ne para la ciencia el
2. ¿Qué importancia tie
trabajo de Doppler?
140 dB
Umbral de dolor.
Riesgos graves
80 dB
Riesgos
65 dB
Molestias graves
50 dB
Molestias leves
0 dB
Nivel mínimo
de audición
180
Me aproximo al conocimiento como
científico(a) natural
• Comunico el proceso de indagación y los resultados, utilizando gráficas,
tablas, ecuaciones aritméticas y algebraicas.
Laboratorio
¿Cómo construir
un modelo de teléfono?
Referente teórico
Registro de datos e información
Las partículas materiales que transmiten las
ondas sonoras oscilan en la dirección de la
propagación de las mismas ondas. El sonido
llega a nuestros oídos porque las partículas
que componen el aire vibran y transmiten su
oscilación.
1.¿Pudiste escuchar algo? Descríbelo.
Propósitos
4.¿Puedes emplear el modelo del teléfono
alrededor de una esquina? ¿Qué ocurre
cuando el hilo toca la pared?
• Identificar las principales propiedades del
sonido.
• Desarrollar la capacidad de investigación,
observación, comparación y análisis.
Materiales
• Dos vasos desechables rígidos
• Dos palillos
• Tres metros de cuerda o más
¿Cómo proceder?
1.Haz un orificio pequeño en el centro del
fondo de los dos vasos.
2.Pasa la cuerda por los orificios. Haz un
nudo en los extremos de la cuerda y hala
de manera que los nudos queden contra el
fondo de los vasos.
2.¿Qué sucede si aflojas la tensión de la
cuerda?
3.¿Qué ocurre si tocas la cuerda mientras tu
compañero está hablando?
Análisis de datos y conclusiones
1.Explica cómo funciona el modelo del teléfono.
2.Propón algunos para aumentar la intensidad
de los sonidos.
Evaluación de la actividad
1.¿Qué evidencias sobre las propiedades del
sonido lograste identificar con esta actividad?
2.Con materiales similares, idea varios
experimentos para construir un modelo de
teléfono más potente.
3.¿Cómo fue el trabajo en equipo y que podrías
mejorar?
3.Pídele a un compañero que sostenga uno
de los vasos con la mano, y que se aleje
lo suficiente para que la cuerda quede
completamente tensa.
4.Dile a tu compañero que lea algunas frases
de diferente longitud en el interior del vaso,
teniendo cuidado de que la cuerda esté bien
tensa; pon el otro vaso en tu oído.
181
Ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
Manejo conocimientos propios de las ciencias naturales
• Indago sobre los avances de la ciencia y tecnología y su impacto ambiental
con base en las ondas sonoras.
El efecto Doppler y la contaminación auditiva
Cuando una fuente sonora se acerca o aleja
cido por la fuente de ondas móvil, consistente
en relación con un oyente, el tono del sonido,
en un aparente desplazamiento de la frecuencomo lo escucha el observador, puede no ser
cia hacia arriba para los observadores hacia los
el mismo que el que percibe cuando la fuente
cuales se dirige la fuente y un aparente desestá en reposo.
plazamiento hacia abajo de la frecuencia
Una de las características del sopara los observadores de los cuales la
Misma frecuencia
nido es el tono o altura, si se está
fuente se aleja, sin que ese efecto
cerca de la vía del ferrocarril y
se deba a un cambio real de la
escucha el silbato de la locofrecuencia de la fuente.
motora que se aproxima, éste
De forma similar, en una
es percibido por el oído con
avenida de ciudad o carreun tono alto y luego se retera, el sonido de la sirena
duce bruscamente cuando
de una ambulancia que se
Estacionario
la locomotora pasa por
acerca al observador es connuestro lado para alejarse.
siderablemente más alto en
Frecuencia mayor Frecuencia menor
A esta variación del sotono que el sonido cuando
nido emitido por una fuente
la ambulancia se aleja.
en movimiento es lo que se
El fenómeno no se resllama efecto Doppler.
tringe sólo al movimiento
En física, el cambio de alde la fuente, en el caso de una
tura se llama desplazamiento de
fuente de sonido fija; un oyente
En movimiento
la frecuencia de las ondas sonoras.
que se mueva hacia ella con cierta
Cuando la locomotora se acerca, Figura 7.16. La locomotora en movimiento rapidez observará un aumento
las ondas provenientes del sil- produce una variación en el sonido.
similar en el tono y si se aleja de
bato se comprimen, es decir,
la fuente de sonido escuchará
el tamaño de las ondas disminuye, lo que se
un sonido de menor tono.
traduce en la percepción de una frecuencia o
En conclusión, el efecto Doppler se refiere
altura mayor. Cuando la locomotora se aleja,
al cambio aparente en la frecuencia de una
las ondas se separan en relación con el obserfuente de sonido cuando hay un movimiento
vador, lo que causa que la frecuencia percibida
relativo de la fuente y del oyente.
sea menor que la de la fuente. Por el cambio en
la altura del silbato, se puede saber si la locoLa contaminación auditiva
motora se está alejando o se está acercando. Si
y sus efectos negativos
se pudiera medir la velocidad de cambio de la
Al hacer referencia a la contaminación audialtura, se podría también estimar la velocidad
tiva hay que tener claros algunos aspectos del
de la locomotora.
sonido, como su velocidad y demás propieEl efecto Doppler se observa siempre que
dades características de las ondas, así como
la fuente de ondas se mueva con respecto a un
también los fenómenos relacionados con la
observador, y se caracteriza por el efecto produ182
percepción del mismo por el sentido del oído,
ya que el sonido es el fenómeno físico que estimula este sentido.
Cualquier sonido por sencillo que sea,
como una nota musical, se puede describir
con tres características físicas: la frecuencia,
la amplitud y la forma de onda (o composición armónica). El oído percibe los sonidos con
estas propiedades dentro de ciertos rangos y
los codifica según sus características como
agradables o desagradables, estos últimos son
agrupados con el nombre de ruidos.
Los órganos internacionales en materia
acústica recomiendan que el sonido ambiental no supere los 55 dB de día y los 35 dB de
noche. Se considera que hay contaminación
sonora cuando el sonido supera los 70 dB durante prolongados intervalos de tiempo.
El problema de la contaminación auditiva
implica comprender que el ruido es un sonido
desagradable que se ha ido acrecentando y
manifestando de muchas maneras con el desarrollo de la humanidad desde la industrialización en general y durante la construcción de
grandes y pequeñas obras de urbanización. La
contaminación auditiva es un problema para la
salud de los seres humanos y de los animales,
ya que las calles se ven afectadas por los ruidos
de los escapes de los automóviles y los camiones, de los pitos y del bullicio de las grandes
aglomeraciones de gente. El ruido muy intenso
provoca enfermedades de tipo fisiológico y psicológico en el individuo, principalmente en los
obreros de las industrias.
Los efectos psicológicos que produce el
ruido ocasionan en el ser humano dolores de
cabeza, pérdida del sueño y del apetito; en ciertos trabajos la persona está expuesta a ruidos
intensos que provocan un rendimiento más
bajo de lo normal. Además el ruido causa alteraciones psíquicas, estrés y problemas nerviosos que afectan cada día más a los empleados
de las grandes y pequeñas industrias de las zonas urbanas.
La exposición prolongada a niveles de alta
sonoridad puede acarrear la pérdida irreversible de la capacidad auditiva, irritabilidad, falta
de concentración, estrés, fatiga, alteraciones del
ritmo respiratorio, y problemas digestivos.
Los efectos fisiológicos y patológicos que
causan el ruido son sorderas profesionales, fatiga auditiva, traumatismos acústicos y encubrimiento. Las sorderas profesionales son causadas
por trabajar en un ambiente de mucho ruido.
Los traumatismos son lesiones del sistema auditivo que causan la pérdida irreversible, pero
no evolutiva de la audición. El encubrimiento
es la disminución de la percepción auditiva que
ocasiona que no se puedan escuchar los ruidos
bajos, este tipo de problemas lo ocasiona principalmente los ruidos de la vida cotidiana en
las zonas urbanas y las industrias.
Comprensión de la lectura
¿Qué efectos auditivos se perciben cuando una
fuente sonora se aproxima a un observador inmóvil y qué efectos cuando se aleja?
l y ambiental
Analiza el impacto socia
y
les, en términos sociales
¿Qué efectos desfavorab
o
ch
mu
de
en los lugares
ambientales, se producen
tráfico vehicular?
compromisos
... hacia el desarrollo de
personales y sociales
la decisión de diseñar
1. Si tuvieras que tomar
r la contaminación
estrategias para controla
erías y por qué?
auditiva, ¿cuáles escog
mpañeros y analicen
2. Reúnete con otros co
la situación
las razones expuestas en
n para comunicar
anterior y elaboren un pla
nidad.
los resultados a la comu
183
183
Conoce tu país
Atención a la población discapacitada
En los países en desarrollo, aproximadamente
el 10% de la población tiene alguna forma de
discapacidad. En Colombia, con base en los
resultados del censo de población y vivienda
de 2005 –adelantado por el Departamento
Nacional de Estadística (DANE)– se pudo establecer lo siguiente:
• La discapacidad es mayor en las zonas urbanas que en las rurales, debido a que en
las segundas la mortalidad prematura es
más alta.
• Los diez departamentos con cifras más altas de discapacitados son: Antioquia, Bogotá, Valle, Nariño, Cundinamarca, Santander, Atlántico, Cauca, Bolívar y Norte
de Santander, en ese orden.
• La mayor proporción de discapacidad se
debe a deficiencias sensoriales, seguidas
de deficiencias físicas y luego a deficiencias
cognitivas.
• La discapacidad en la población es progresiva desde los menores de un año hasta los
mayores de 60 años.
Población (%)
765.469 (29%)
385.374 (14,6%)
1.140.285 (43,2%)
456.642 (17,3%)
337.862 (2,8)
314.106 (11,9%)
261.315 (9,9%)
248.118 (9,4%)
512.072 (19,4%)
184
Tipo de limitación
Moverse o caminar
Usar brazos y manos
Ver
Oír con aparatos especiales
Hablar
Entender o aprender
Relacionarse con los demás
por problemas mentales o
emocionales
Bañarse o alimentarse por sí
mismo
Otras funciones
• Las causas de discapacidad en la población
menor de cinco años son prioritariamente
perinatales, congénitas o infecciosas, y es
alta su proporción: 12,5%.
• El rango de edad que presenta mayor discapacidad está entre los 46 y 50 años debido principalmente a lesiones físicas. Le
sigue el grupo de mayores de 60 años, por
trastornos funcionales crónicos.
• El porcentaje de hombres discapacitados es
mayor que el de mujeres.
Limitaciones relacionadas
con la percepción del sonido
Aunque todas las limitaciones merecen ser
analizadas, aquí te contaremos sobre
aquellas relacionadas con la percepción de los sonidos, porque tiene
que ver directamente con los temas de la unidad y porque sabemos que a tu edad disfrutas
de la música con volumen
alto, y además usas audífonos.
El objetivo es sensibilizarte sobre el valor
de la salud en general y la responsabilidad en
su conservación y tratamiento.
Las principales causas de la sordera son:
• Lesión directa o indirecta del nervio auditivo: debido a enfermedades graves, como
la meningitis o la encefalitis, y otras aparentemente simples como las paperas o el
sarampión.
• Hereditarias: se transmiten de generación en generación a través de los genes de
los padres. Ésta puede tener un comienzo
temprano, o ir desarrollándose a lo largo
de los años.
• Infectocontagiosas: sufridas durante la gestación, como la rubéola.
• Accidentes: sufridos por la madre, aunque éstos no incidan directamente sobre el
abdomen.
• Partos complicados: o los que ponen en
riesgo la vitalidad del recién nacido.
• Ruidos intensos: pueden acarrear una pérdida auditiva irreversible.
¿Cómo prevenir la sordera?
• Realiza una higiene adecuada de tus oídos.
• Evita introducir objetos duros o punzantes
en el oído.
• Protégete de golpes en la cara o en la cabeza
porque pueden causar rotura de tímpano.
• Evita los ruidos que alcancen o superen los
80 decibelios de intensidad, como suele ocu-
Explora
en internet
rrir en los conciertos de rock, las discotecas,
algunas fábricas y los aeropuertos, pues ello
puede causar un daño permanente.
• Cuando tengas los oídos inflamados, debes evitar la entrada de agua en el conducto auditivo. Para bañarte o mojarte la
cabeza, protege los oídos colocando un tapón de algodón con vaselina en el orificio
de cada oreja.
• Se puede ablandar la piel seca y aliviar el
prurito de las orejas mediante la aplicación
de aceite de oliva con un algodón una vez
por semana.
• Ante cualquier molestia o trastorno en los
oídos conviene consultar a un médico y no
tratarse uno mismo.
ura
Comprensión de la lect
er
qué efectos puede ten
1. Describe brevemente
a
un
de
vida cotidiana
una discapacidad en la
s son los principales
persona, además cuále
Colombia.
tipos de discapacidad en
a
las que realizas en la vid
2. ¿Qué actividades de
os
sg
rie
tar
mbio para evi
cotidiana merecen un ca
de salud?
eniería
los profesionales en ing
3. ¿Cómo contribuyen
y otras áreas afines para
biomédica, biomedicina
problemas de las
solucionar algunos de los
¿Qué ayudas
personas discapacitadas?
nibles en la región
tecnológicas están dispo
rsonas discapacitadas?
donde vives para las pe
la,
discapacidades de la tab
4. Selecciona una de las
,
sas
cau
re ella, incluyendo
prepara un informe sob
a
n un servicio de asistenci
instituciones que presta
e.
nológicos para dar soport
en la región y avances tec
mbre
ste este alfabeto, qué no
5. Consulta en qué consi
n y para qué.
recibe, quienes lo utiliza
Puedes ampliar tu información respecto al tema en
las siguientes páginas:
http://www.discapacidadcolombia.com/
http://www.fenascol.org.co/index.php/quien-es-unapersona-sorda-3
http://www.discapacidad.gov.co/
185
Carreras afines con la
Física
Tus intereses y competencias
Si te interesa la música más allá de escucharla y disfrutarla, y anhelas participar en
la producción y organización de eventos artísticos y actuar en la industria de la música,
entonces puedes prepararte en ingeniería de
música o de sonido. Si tu motivación es ayudar a las personas con problemas auditivos,
puedes incursionar en la fonoaudiología. Y si
te motivan otros fenómenos del sonido y el
diseño, o el manejo de instrumentos médicos, puedes estudiar ingeniería biomédica.
Si entre tus planes para el futuro está
hacer estudios en estas áreas, es importante
que adquieras las siguientes competencias:
Personales
Valores éticos y espirituales,
actitud positiva, autodominio,
flexibilidad.
Intelectuales
Toma de decisiones,
creatividad, solución de
problemas, atención,
memoria, concentración.
Interpersonales
Buena comunicación, trabajo
en equipo, liderazgo, manejo
apropiado de conflictos.
Lealtad, buen manejo de
Organizacionales recursos.
Manejo de procedimientos y
herramientas tecnológicas.
Capacidad de producir,
Emprendimiento innovar, construir empresa.
Tecnológicas
Algunas carreras afines con la física son
la ingeniería de sonido y la fonoaudiología.
• Ingeniería de sonido: los profesionales en esta área aplican el fenómeno sonoro en procesos de grabación, acústica,
electroacústica y sonido en vivo. También abarca un campo de acción más
amplio en el desarrollo de proyectos de
ingeniería, al aplicar tecnologías que in186
teractúan con otros campos como la electrónica, la informática, el diseño y la manipulación de sistemas para la grabación,
procesamiento de señal, creación y reproducción del sonido.
• Fonoaudiología: en esta carrera se estudia
y se aborda científicamente el proceso de comunicación de las personas y sus alteraciones por factores de naturaleza ambiental,
biológica, psicológica o social, en las diferentes áreas que la constituyen: el habla
(voz, articulación, fluidez, procesos miofuncionales y deglución, entre otros), el lenguaje
(comprensión y expresión) y la audición.
Algunos personajes que se han destacado
en el campo de la fonoaudiología en Colombia
son Clemencia Cuervo y Rita Flórez.
Oportunidades laborales
Los ingenieros de sonido tienen un amplio
campo de acción en la industria de la construcción de grandes proyectos para aislar ruidos, en la industria de la producción musical y
en la televisión; en emisoras radiales y “en línea”; en la producción de medios audiovisuales y en diseño de bandas sonoras.
Los fonoaudiólogos pueden trabajar con
entidades de salud, organizaciones no gubernamentales o por cuenta propia en todas las
etapas del ciclo vital humano en los campos
preventivo, de diagnóstico y de tratamiento de
alteraciones comunicativas.
Explora
en internet
Amplía tu información sobre las carreras afines con
la física en las siguientes páginas:
http://www.usbbog.edu.co; http://www.ecci.edu.co
http://www.iberoamericana.edu.co/portal/
carreras.asp; www.urosario.edu.co
Desarrolla en tu cuaderno de ciencias todas las secciones de la evaluación. Si lo consideras
necesario, pide orientación a tu maestro.
Prepárate para el Icfes y las Pruebas Saber
1. En el siguiente dibujo se observa la representación de una onda.
1
4
2
3
3
De acuerdo con el dibujo, es correcto afirmar que la amplitud está señalada con el número:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
2. La profesora dibuja en el tablero las dos ondas que se observan a continuación y pide a tres
alumnos que elaboren conclusiones acerca de lo observado.
x
t
X
Y
y
De acuerdo con lo observado, las conclusiones de los alumnos son las siguientes:
Marta
Marta
LasLas
dosdos
ondas
ondas
tienen
tienen
la la
misma
misma
amplitud.
amplitud.
Andrés
Andrés
La La
onda
onda
X tiene
X tiene
menor
menor
frecuencia
frecuencia
queque
la onda
la onda
Y. Y.
De acuerdo con lo anterior, estarías de acuerdo con
a) Marta y Andrés solamente
c) Marta y Juan solamente
Juan
Juan
La La
onda
onda
X tiene
X tiene
menor
menor
período
período
queque
la onda
la onda
Y. Y.
b) Andrés solamente
d) Juan solamente
3. En un experimento se pone dentro de un recipiente cerrado un timbre y se hace sonar, de modo
que el sonido se escucha por fuera del recipiente. Luego se saca (con un aparato especial) todo el
aire del recipiente. De acuerdo con el experimento, es correcto afirmar que al sacar todo el aire y
hacer sonar el timbre, el sonido:
a) es mayor, porque el aire no permitía el paso de las ondas del sonido.
b) es el mismo, porque al quitar el aire de dentro del recipiente no se afecta nada.
c) es menor, porque el aire no es un buen medio para que el sonido se propague.
d) no se escucha, porque no hay un medio por donde se pueda propagar.
187
4. Juan conoce la velocidad del sonido en tres
medios diferentes y con esos datos realiza la
siguiente gráfica:
Velocidad del sonido (m/s)
Velocidad del sonido en tres medios
6.000
6. En los siguientes dibujos se observa la representación de cuatro ondas longitudinales.
5.000
4.000
1.
3.000
2.000
2.
1.000
0
Aire
Agua
Acero
De acuerdo con la gráfica, la conclusión
correcta es:
a) el sonido se propaga con igual velocidad
en el aire, el agua y el acero.
b) el sonido se propaga más rápido en el
aire y en el agua.
c) el agua es mejor medio para la
propagación del sonido que el acero.
d) el acero es mejor medio para que el
sonido se propague que el agua o el aire.
5. En la siguiente tabla se muestran los datos de
la velocidad del sonido en el aire y el agua, a
dos temperaturas diferentes.
Medio de
propagación
Aire
Agua
c) a mayor temperatura del medio, el sonido
se propaga a menor velocidad.
d) la velocidad del sonido es la misma en los
dos medios a diferente temperatura.
Temperatura
(ºC)
Velocidad del
sonido (m/s)
0
331
20
343
0
1.402
20
1.498
De acuerdo con los datos de la tabla, la hipótesis correcta que se puede obtener es:
a) a mayor temperatura del medio, el sonido
se propaga más rápido.
b) la velocidad del sonido depende de la
densidad del medio en el que se propaga.
188
3.
4.
De acuerdo con lo observado, es correcto
afirmar que la onda longitudinal con menor
longitud de onda es:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
7. De las siguientes situaciones en la que no se
representa el fenómeno de refracción de las
ondas es:
a)
b)
c)
λ
Agua
a) las ondas reflejadas en el material duro se
reflejan causando reverberación.
b) las ondas reflejadas en un material blando
son muy débiles, por lo cual se disminuye
el eco y el sonido es más puro.
c) las ondas se reflejan en el material blando
de manera que el sonido es más fuerte
que el que se produce en la fuente.
d) las ondas que se reflejan en el material son
de mayor frecuencia y amplitud, lo que
hace que el sonido se escuche mejor.
χ
Vidrio
V2
d)
V1
8. Una banda de música forró las paredes del
salón de grabaciones y de ensayos con cartones en los que se empacan huevos, como
se observa a continuación.
9. En los siguientes dibujos se observan las
ondas de alta frecuencia emitidas por una
ballena y por un ave. Se sabe que los sonidos
que las ballenas emiten pueden ser detectados
a miles de millas de donde ellas se encuentran,
mientras que los sonidos de las aves no.
De acuerdo con lo observado, es correcto
afirmar que la banda de música forra las paredes con ese material porque:
De acuerdo con lo observado, es correcto
afirmar que el sonido que emite...
a) el ave viaja a través del aire muy cerca y
muy rápido.
b) el ave viaja a través del agua muy lento y
muy lejos.
c) la ballena viaja más rápido y más lejos en
el agua.
d) la ballena viaja muy lento y muy cerca en
el aire.
189
Genera explicaciones
En la columna izquierda encontrarás tres afirmaciones, y en la columna derecha, cuatro explicaciones.
Selecciona la explicación correcta para cada afirmación.
Afirmaciones
Explicaciones
1. Es verdad que a mayor
temperatura del medio por
el cual se propaga el sonido,
mayor es la velocidad del
sonido, porque… ( )
a) relacionar la cercanía de las partículas de una sustancia afecta la
velocidad del sonido, entre más cercanas estén las partículas del medio,
más rápida va a ser la velocidad del sonido y al contrario entre más
lejanas estén las partículas del medio más lenta va a ser la velocidad del
sonido.
2. Es falso decir que entre más
grandes sean las partículas
del medio por el cual se
difunde el sonido, es mayor
la velocidad del sonido,
porque… ( )
b) debido a una mayor temperatura del medio, el sonido viaja a mayor
velocidad, porque las partículas del medio tienen un mayor movimiento
lo cual permite que el sonido viaje más rápido en el medio que está
a mayor temperatura y más lento en el medio que está a menor
temperatura.
3. Es falso decir que el sonido
no es una forma de energía,
porque… ( )
d) los sonidos se producen cuando alguna clase de materia vibra, esa
vibración de la materia es movimiento y, por tanto, tiene energía, por lo
cual se puede decir que el sonido es una forma de energía.
c) cuando una sustancia es más densa las partículas de la sustancia están
más cercanas, de manera que la propagación del sonido va a ser muy
rápida, ocurre lo contrario en un medio menos denso, por lo cual
se puede afirmar que la densidad del medio afecta la velocidad de
propagación del sonido.
Representa y aplica conceptos
Cada una de las imágenes corresponde a uno de los conceptos enumerados. Selecciona el concepto
más apropiado para cada imagen, y colócalo debajo de ésta.
1. Difracción
2. Interferencia
a)
b)
c)
3. Onda longitudinal
4. Onda transversal
5. Eco
d)
190
e)
f)
Argumenta tus respuestas
Comenta con un compañero la siguiente situación y justifica tu respuesta:
Averigua cómo escuchan los perros, luego imagina que tu audición es como la de un perro, ¿Qué pasa
cuando te hablan en un tono bajo y cuando te hablan en un tono alto?, ¿cómo escucharías un grito
muy fuerte?
Reflexiona sobre las relaciones de ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
En la columna izquierda encontrarás diferentes hábitos que debes adquirir para preservar tu salud y la
de los demás. En la columna derecha se describe uno de los posibles impactos para cada buen hábito.
Relaciona el hábito que debes afianzar en tu vida con su correspondiente impacto.
Buenos hábitos
Impactos
1. Asegurar que mis padres y yo tengamos todas las
vacunas.... ( )
a) así evitaría daños en la audición, porque escuchar
música a alto volumen afecta mi audición parcial o
total ya que supera el nivel de 80 decibelios.
2. Debería escuchar la música a bajo volumen
cuando uso audífonos o evitar el uso de los
audífonos.... ( )
b) evitaría tener algunas enfermedades que pueden
ser causantes de alguna discapacidad y contribuiría
a que tengamos una salud perfecta.
3. Si ayudara a las personas que tienen alguna
discapacidad física a cruzar la calle o tomar el
transporte.... ( )
c) haría que la vida de esas personas fuera más fácil
y sería un buen ciudadano colaborando a las
personas con discapacidad.
Diseña modelos científicos
1. Observa el siguiente dibujo.
Explica por qué cuando pasa la ola, el pelícano no se mueve del sitio en el que está, ¿Qué crees que sucede?
2. En el siguiente dibujo se observa una ambulancia que
se está alejando de una persona. Dibuja las ondas
de sonido que produce la sirena de la ambulancia
mientras se aleja de la persona. Recuerda el efecto
Doppler.
191