INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR SUCRE El sonido y sus formas de propagaciones

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR
SUCRE
NOMBRE: Alexander Guanuche.
CURSO: Tercero de Bachillerato “ E”.
El sonido y sus formas de propagaciones
Direcciones de consultas:
El sonido
http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io9/public_ht
ml/propagacion.html
Refracción
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGe
ometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm
Difracción
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/sound/diffrac.html
Reflexión
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/sound/reflec.html
EL SONIDO
La variación
de presión
del aire que
provocamos
al cantar o
golpear un
objeto. En
términos
físicos sonido
es la vibración mecánica de un medio elástico gaseoso, liquido o sólido a través
del cual se transmite la energía, de un modo continuo, desde la fuente, por ondas
sonoras progresivas..
Magnitudes. Unidades
Frecuencia: Percibimos la
frecuencia de los sonidos como
tonos más graves o más agudos.
La frecuencia es el numero de
ciclos (oscilaciones) que una onda
sonora efectúa en un tiempo dado;
se mide en hercios (ciclos por
segundo). Los seres humanos
sólo podemos percibir el sonido en
un rango de frecuencias
relativamente reducido,
aproximadamente entre 20 y
20.000 hercios.
Amplitud: es la máxima distancia que un punto del medio en que se propaga la
onda se desplaza de la posición de equilibrio; esta distancia corresponde al grado
de movimiento de las moléculas de aire en una onda sonora. Al aumentar su
movimiento, golpean el tímpano con una fuerza mayor, por lo que el oído percibe
un sonido mas fuerte. Un tono con amplitudes baja, media y alta demuestra el
cambio del sonido resultante. La amplitud de una onda de sonido puede
expresarse en unidades absolutas midiendo la distancia de desplazamiento de las
moléculas del aire, o la diferencia de presiones entre la compresión y el
enrarecimiento, o la energía transportada.
Intensidad: es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la
dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde
una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la
viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Se mide en
decibelios (dB).
Timbre: es la característica del sonido que nos permite distinguir los tonos
producidos por instrumentos distintos aunque las ondas sonoras tengan la misma
amplitud y frecuencia. Los armónicos son componentes adicionales de la onda
que vibran con múltiplos enteros de la frecuencia principal y dan lugar a
diferencias de timbre.
Velocidad de propagación: La frecuencia de una onda de sonido es una medida
del número de vibraciones por segundo de un punto determinado. La distancia
entre dos compresiones o dos enrarecimientos sucesivos de la onda se denomina
longitud de onda. El producto de la longitud de onda y la frecuencia es igual a la
velocidad de propagación de la onda, que es la misma para sonidos de cualquier
frecuencia (cuando el sonido se propaga por el mismo medio a la misma
temperatura). La velocidad de propagación del sonido en aire seco a una
temperatura de 0 °C es de 331,6 m/s. Al aumentar la temperatura aumenta la
velocidad del sonido; por ejemplo, a 20 °C , la velocidad es de 344 m/s.
Sustancia
Temperatura
(Cº)
Velocidad del sonido
(m/s)
Aire
0
331.46
Argon
0
319
Bioxido de
carbono
0
260.3
Hidrogeno
0
1286
Helio
0
970
Nitrogeno
0
333.64
Oxigeno
0
314.84
Agua destilada
20
1484
Agua de mar
15
1509.7
Mercurio
20
1451
Aluminio
17-25
6400
Vidrio
17-25
5260
Oro
17-25
3240
Hierro
17-25
5930
Plomo
17-25
2400
Plata
17-25
3700
acero inoxidable
17-25
5740
Las formas de propagación del sonido:
Refracción
Es el cambio de dirección que
experimenta un rayo de luz cuando
pasa de un medio transparente a otro
también transparente. Este cambio de
dirección está originado por la distinta
velocidad de la luz en cada medio.
ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO
DE REFRACCIÓN
Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal. La
normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los
dos medios en el punto de contacto del rayo.El ángulo de refracción -r'- es el
formado por el rayo refractado y la normal.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente
entre la velocidad de la luz en el vacío ,"c", y la velocidad que tiene la luz en ese
medio, "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad, es una
constante característica de cada medio: n = c/v.
Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En
el applet de esta práctica se manejan estas relaciones:
Substancias
Aire
Agua
Índices de refracción 1.00029
material
aire
Velocidad del sonido (m/s) 331
Aplicación interactiva
Plexiglás Diamante
1.333 1.51
2.417
vapor de
agua
agua
dulce
agua de
mar
aluminio
401
1493
1513
5104
ÁNGULO LÍMITE Si n2 es mayor que n1, como en el caso de la luz cuando pasa
desde el aire (n 1) al vidrio o al agua (n2 ), el rayo refractado se curva y se acerca
a la normal En el caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasa del medio 2
(agua) al medio 1 (aire) se aleja de la normal.
Cuando el rayo de luz pasa de
un medio mas lento a otro más
rápido se aleja de la normal.
A un determinado ángulo de
incidencia le corresponde un
ángulo de refracción de 90º y
el rayo refractado saldrá
"rasante" con la superficie de
separación de ambos medios.
Este ángulo de incidencia se llama ángulo límite o angulo critico.Para ángulos de
incidencia mayores que él, el ángulo de refracción será mayor de 90º y el rayo no
será refractado, ya que no pasa de un medio a otro: se produce una reflexión total
interna.
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGe
ometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm
Difracción
Difracción: la curvatura de las ondas alrededor de pequeños obstáculos y la
propagación de las ondas mas allá de las pequeñas* aberturas.
La difracción forma parte importante de nuestra experiencia con el sonido. El
hecho de que se pueda escuchar sonidos alrededor de las esquinas y alrededor
de barreras, involucra tanto la
difracción como la reflexión
del sonido. La difracción en
estos casos ayuda a que el
sonido se "curve en torno a"
los obstáculos. El hecho de
que la difracción sea más
pronunciada con longitudes
de ondas mas largas implica
que se puede escuchar las
frecuencias bajas alrededor
de los obstáculos, mejor
que las altas frecuencias, como se ilustra en el ejemplo de una banda de
música en la calle. Otro ejemplo común de la difracción, es el contraste entre el
sonido de un rayo cercano y otro lejano. El trueno de un rayo cercano se
experimenta como un chasquido nítido marcado, lo que indica la presencia de una
gran cantidad de sonidos de alta frecuencia. El trueno de un rayo distante se
experimenta como un ruido sordo, ya que son longitudes de ondas largas, que
pueden doblarse alrededor de los obstáculos para llegar a uno. Hay otros factores
tales como la mayor absorción de aire de las altas frecuencias involucradas, pero
la difracción juega un papel importante en la experiencia.
Se puede percibir que la difracción tiene una naturaleza dual, ya que el mismo
fenómeno que hace que las ondas se curven alrededor de los obstáculos, hace
que se extiendan pasadas las aberturas pequeñas. Este aspecto de la difracción
también tiene muchas implicaciones. Además de poderse escuchar el sonido
cuando se encuentre al otro lado de la puerta como en la ilustración de arriba, esta
propagación de las ondas sonoras tiene consecuencias cuando se trata de una
habitación insonorizada. La insonorización adecuada requiere que la sala esté
bien sellada, porque cualquier abertura permite que el sonido en el exterior se
difunda en la sala -es sorprendente la cantidad de sonido que puede entrar a
través de una pequeña abertura-. Por razones similares, es necesario un buen
sellado en las cajas de altavoces.
Otra consecuencia de la difracción es el hecho de que una onda que sea mucho
más larga que el tamaño de un obstáculo, como el poste en el auditorio de arriba,
no puede dar información acerca de ese obstáculo. Un principio fundamental del
tratamiento de imagen, es que no se puede ver un objeto que sea más
pequeño que la longitud de onda de la luz con la que se mira. No se puede ver un
virus con un microscopio de luz, porque el virus es más pequeño que la longitud
de onda de la luz visible. La razón de esta limitación se puede visualizar con el
ejemplo del auditorio: las ondas sonoras se curvan y el frente de onda se
reconstruye más allá del pilar. Cuando se está posicionada a varias veces las
longitudes de ondas del sonido más allá del pilar, no hay nada de la onda que dé
información sobre el pilar. Por consiguiente, de la experiencia con el sonido, se
puede obtener ideas sobre las limitaciones de todo tipo en el procesamiento de
imágenes.
REFLEXIÓN DEL SONIDO
La reflexión del sonido sigue la ley de "el ángulo de incidencia es igual al ángulo
de reflexión", llamada a veces ley de la reflexión. El mismo comportamiento se
observa con las ondas de luz y de otro tipo, y con el rebote de una bola de
billar contra una banda de la mesa. Las ondas reflejadas pueden interferir con las
ondas incidentes, produciendo patrones de interferencia constructiva y destructiva.
Esto puede llevar a resonancias denominadas ondas estacionarias confinadas.
También significa que la intensidad del sonido cerca de una superficie dura se
mejora debido a que la onda reflejada se suma a la onda incidente, dando una
amplitud de presión que es dos veces mayor en una delgada "zona de presión"
cerca de la superficie. Esto se utiliza en los micrófonos de zona de presión para
aumentar la sensibilidad. La duplicación de la presión da un aumento de 6
decibelios en la señal captada por el micrófono. La reflexión de ondas
en cuerdas y columnas de aire son esenciales para la producción de ondas
estacionarias resonantes en esos sistemas.