Sonido
SONIDO Ruales Valverde A. Universidad Universidad de las fuerzas Armadas “ESPE” ruales.alex98@outlook.om Resumen
En el presente apartado apartado nos adentraremos adentraremos al estudio del sonido desde la perspectiva física, lo cual es muy importante estudiarlo para conocer todas las variables y características que este posee, hay que saber que para que exista propagación propagación de ondas debe estar presente algún dispositivo vibratorio de la cual se generen el conjunto de ondas determinadas y además para poder percibir estas ondas de una manera auditiva debe obligatoriamente existir un medio de propagación por la cual deben viajar todas estas ondas hasta llegar al oído humano y poder definirlo como sonido, entonces con este concepto podemos deducir que las ondas sonoras no se propagan en el vacío necesitan el medio que en la mayoría de casos es el aire aire que nos rodea rodea;; veremo veremoss que estas estas pertur perturbac bacion iones es tambi tambin n tienen tienen velocid velocidad ad de propagación propagación y que varía dependiendo el medio de propagación que pueden ser gases, sólidos y fluidos en la que su densidad será muy importante para proceder a los cálculos y deter determi mina narr las las varia variabl bles es reque equeri rida dass ,los materiales los materiales más más elás elásti tico coss perm permite itenn mayo mayore ress
veloci velocidad dades es de onda, onda, mientr mientras as que los materi materiales ales más denso densoss retarda retardann el movimi movimient entoo ondulatorio; posteriormente abordaremos el tema más importante del sonido el cual es el efecto doppler el cual nos dice que la frecuencia del sonido se escuchara de forma diferente dependiendo de la distancia del oyente y del objeto vibrante, conocidos todos estos conceptos procederemos a realizar experimentaciones en el laboratorio y realizarlas de la mejor manera posible.
Palabras clave: efecto
doppler, doppler, propagación, frecuencia, velocidad, vibración, medio, ondas!
1. Introducción
Cuan Cuando do se prod produc ucee una una pert pertur urba baci ción ón peri periód ódic icaa en el aire, aire, se orig origin inan an ondas sonoras ondas sonoras longitudinales. or ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. !l o"do, que o"do, que act#a como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido como sonido.. !l t$rmino sonido se usa de dos formas distintas. %os fisiólogos definen el sonido en t$rmino de las sensaciones auditivas producidas por perturbaciones longitudinales en el aire. ara
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ellos, el sonido no existe en un planeta distante. !n f"sica, por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por s" mismas y no a las sensaciones que producen. 2. Desarrollo
&onido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a trav$s de un medio elástico. !n este caso, el sonido existe en ese planeta. !l concepto de sonido se usará en su significado f"sico. 2.1 Producción de una onda sonora
!s necesaria una fuente de vibración mecánica y tambi$n un medio elástico a trav$s del cual se propague la perturbación. %a fuente puede ser una cuerda que vibre o una columna de aire vibrando en un tubo de órgano. %os sonidos se producen por una materia que vibra.
%a necesidad de la existencia de un medio elástico se puede demostrar colocando un timbre el$ctrico dentro de un frasco conectado a una bomba de vac"o. Cuando el timbre se conecta a una bater"a para que suene continuamente, se extrae aire del frasco lentamente. ' medida que va saliendo el aire del frasco, el sonido del timbre se vuelve cada vez más d$bil hasta que finalmente ya no se escucha. Cuando se permite que el aire penetre de nuevo al frasco, el timbre vuelve a sonar.
(igura ). *n timbre que se acciona en el vac"o no puede escucharse.
(igura +. a- Compresiones y rarefacciones de una onda sonora en el aire en un instante determinado.
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b- ariación sinusoidal de la presión como función del desplazamiento.
2.2 La velocidad del sonido
%a velocidad de una onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus part"culas. %os materiales más elásticos permiten mayores velocidades de onda, mientras que los materiales más densos retardan el movimiento ondulatorio. %as siguientes relaciones emp"ricas se basan en estas proporcionalidades/
2.2.1 Para ondas longitudinales
ara las ondas sonoras longitudinales en un alambre o varilla, la velocidad de onda está dada por/ ) γ es
el módulo de 0oung para el sólido. ρ es su densidad. !sta relación es válida sólo para varillas cuyos diámetros son peque1os en comparación con las longitudes de las ondas sonoras longitudinales que se propagan a trav$s de ellas. 2.2.2 Para un sólido extendido
%a velocidad de la onda longitudinal es función del módulo de corte &, el módulo de volumen 2, y la intensidad p del medio. %a velocidad de la onda se puede calcular a partir de las ondas longitudinales transmitidas en un fluido tienen una velocidad que se determina a partir de/
2 es módulo de volumen para el fluido p es su densidad.
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2.2.3 Para un gas ideal
ara calcular la velocidad del sonido en un gas, el módulo de volumen está dado por 3 γ es
la constante adiabática γ 4 ).5 para el aire y los gases diatómicos ρ es la presión del gas. or lo tanto, la velocidad de las ondas longitudinales en un gas, partiendo de la ecuación del fluido, está dada por 56-
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7 4 constante universal de los gases 8 4 temperatura absoluta del gas 9 4 masa molecular del gas
&ustituyendo la ecuación 5- y 6- nos queda :2.3 Vibración forada ! resonancia
(igura 3. Cuando b aumenta, el pico se hace cada vez más peque1o. Cuando b +<=m el pico desaparece
'l vibrar un cuerpo y poni$ndose en contacto con otro, el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el primero. >emos visto que los cuerpos elásticos tienen ciertas frecuencias naturales de vibración que son caracter"sticas del material y de las condiciones l"mite de frontera-. *na cuerda tensa de una longitud definida puede producir sonidos de frecuencias caracter"sticas. *n tubo abierto o cerrado tambi$n tiene frecuencias naturales de vibración. %a resonancia se producirá #nicamente cuando los empujones est$n en fase con la frecuencia natural de vibración del columpio. *na ligera variación de los pulsos de entrada dará como resultado una vibración peque1a o incluso ninguna. %a resonancia el$ctrica en los receptores de radio permite al oyente percibir con claridad las se1ales d$biles. Cuando se sintoniza la frecuencia de la estación elegida, la se1al se amplifica por resonancia el$ctrica.
2." Ondas sonoras
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!l sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a trav$s de un medio elástico. !sta definición no impide restricciones a ninguna frecuencia del sonido. odemos dividir este espectro en las siguientes definiciones/
&onido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de frecuencias de +? a +? ??? >z. %as ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se denominan infra sónicas. %as ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se llaman ultrasónicas. %a intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a trav$s de la unidad de área normal a la dirección de la propagación.
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(igura 5. Antensidad de una onda sonora a trav$s de un área
%a intensidad de una onda sonora es una medida de la potencia transmitida por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación de onda. %as unidades para la intensidad resultan de la relación de una unidad de potencia entre una unidad de área.
2.# $. %ono ! %i&bre.
!l efecto de la intensidad en el o"do humano se manifiesta en s" mismo como volumen. %as ondas sonoras que son más intensas son tambi$n de mayor volumen, pero el o"do no es igualmente sensible a sonidos de todas las frecuencias. %a frecuencia de un sonido determina lo que el o"do juzga como el tono del sonido.
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%os m#sicos designan el tono por las letras que corresponden a las notas de las teclas del piano. or ejemplo, las notas do, re y fa se refieren a tonos espec"ficos, o frecuencias.
(igura 6. 7elación entre tono y frecuencia. 2.#.' (fecto do))ler
&iempre que una fuente sonora se mueve en relación con un oyente, el tono del sonido, como lo escucha el observador, puede no ser el mismo que el que percibe cuando la fuente está en reposo. or ejemplo, si uno está cerca de la v"a del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren está detenido. ' medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha es más bajo que el normal. !n forma similar, en las pistas de carreras, el sonido de los automóviles que se acercan a la grader"a es considerablemente más alto en tono que el sonido de los autos que se alejan de la grader"a.
(igura :. Biagrama que muestra el origen de las pulsaciones
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(igura @. 7epresentación gráfica de ondas sonoras emitidas desde una fuente fija.
%as ondas frente a una fuente en movimiento están más cercanas entre s" que las ondas que se propagan detrás de la fuente móvil. 'hora podemos deducir una relación para predecir el cambio en la frecuencia observada. Burante una vibración completa de la fuente estacionaria un tiempo igual al del periodo 8, cada onda se moverá a lo largo de una distancia de una longitud de onda.. !sta distancia se presenta con/
(igura . Alustración del efecto Boppler.
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2.12 Referencias
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3. Conclusiones:
O ara que nosotros podamos percibir las ondas mecánicas en forma de sonido siempre debe existir un medio de propagación de estas ondas. O %os materiales más elásticos permiten mayores velocidades de onda, mientras que los materiales más densos retardan el movimiento ondulatorio. O !l efecto doppler nos indica que la frecuencia que emana alg#n objeto vibrante se escuchara diferente dependiendo la distancia en donde se encuentra el oyente.
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". *ese+a
'lexis 9auricio 7uales alverde )NN@-, Ració en la ciudad de SuitoOichincha el +? de octubre de )NN@. &e graduó en el colegio t$cnico T!cuadorU en la cual curso todos sus estudios primarios y secundarios. Angreso a la *niversidad de las (uerzas 'rmadas !&!O% a la carrera de ingenier"a !lectromecánica en la cual está cursando actualmente.
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