CLASES DE ONDA
Las ondas se clasifican en dos formas:
1. Atendiendo al Medio de Propagación: las ondas pueden ser mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas requieren un medio natural o elástico que vibre; por ejemplo, las ondas en el agua y en la cuerda. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse, se propagan en el vacío. El calor del Sol nos llega a través de estas ondas. También las ondas de las estaciones de radio y televisión.
2. Atendiendo a la Dirección de Propagación: estas ondas pueden ser transversales y longitudinales.
ONDAS TRANSVERSALES
Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Cuando producimos una onda en una cuerda, ésta avanza hasta llegar al otro extremo, cada punto del medio al ser alcanzado vibra, de forma tal que sube y baja, pero sin avanzar, sólo se mueven perpendicularmente al movimiento de la onda.
ONDAS LONGITUDINALES
Las ondas longitudinales las podemos observar con mayor y mejor facilidad en un resorte, pues cuando éste se deforma y es liberado, se produce una vibración y las partículas del medio se mueven en la misma dirección de propagación (resorte).
ELEMENTOS DE UNA ONDA
Los elementos de una onda son los siguientes: la cresta, el valle, el nodo, la longitud de onda y la amplitud.
En las ondas transversales se presentan la cresta y el valle. La cresta es el punto que ocupa la posición mas alta en una onda y el valle es el punto más bajo de la onda.
El nodo es el punto del medio material que no tiene desplazamiento vertical, es decir, no tiene amplitud; en la figura anterior el punto C es el nodo.
La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas de una misma onda o entre dos valles consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración.
LA AMPLITUD
Cuando tú mantienes tensa una cuerda que está sujeta por el otro extremo, esta cuerda está en equilibrio. Si le comunicas un impulso hacia arriba, se produce una onda, porque se origina una separación en la parte que está más próxima a sus manos. La preparación entre su posición de equilibrio y su máxima altura es la amplitud (A).
PERIODO Y FRECUENCIA
·
· El período: cuando producimos ondas en sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un punto del medio material perturbado es lo que constituye el período.
· La Frecuencia: si por el contrario controlamos el número de ondas que pasan por un punto en la unidad de tiempo, entonces nos referimos a la frecuencia. Tanto el período como la frecuencia se pueden expresar de la siguiente manera:
, esto quiere decir, que el período y la frecuencia son inversos.
PERIODO Y FRECUENCIA
Hay ondas que no necesitan un medio material para propagarse (agua, cuerda, resorte) y se propagan con facilidad, tal es el caso de las ondas electromagnéticas. Sin embargo, las ondas electromagnéticas se desplazan gracias al desplazamiento de dos cambios a la vez, el campo eléctrico y el magnético. Este tipo de onda electromagnética es la que utilizan las estaciones de radio y televisión. El calor nos llega desde el Sol gracias a las ondas electromagnéticas, ya que éstas atraviesan el espacio vacío.
EL SONIDO
Un ejemplo de una onda mecánica lo es el sonido. Cuando una fuente produce un sonido, éste se propaga gracias al medio material. El tipo de onda al que pertenece el sonido es el transversal, ya que las partículas del medio alcanzadas por el sonido se mueven en forma vertical; la oscilación de la partícula nos permite afirmar que el movimiento es periódico.
El sonido es una vibración de una fuente; por ejemplo, si cuando hablamos nos colocamos suavemente las yemas de los dedos en la parte externa de la garganta notamos una sensación de vibración.
VELOCIDAD DEL SONIDO
El sonido se propaga en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. La velocidad del sonido en los sólidos es de unos 500 m/seg. En los líquido, si se trata de agua, depende de su densidad; en el agua dulce es de 1,435 m/seg, pero en el agua salada es un poco mayor, 1,500 m/seg. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/seg a una temperatura de 20ºC.
PERCEPCION DEL SONIDO
Las ondas sonoras las percibimos por el órgano del oído. Al llegar aquellas al oído golpean una membrana elástica llamada tímpano que vibra con la frecuencia de la onda. Una cadena de huesitos transmite las vibraciones amplificándolas a un fluido situado en el oído interno.
Los movimientos del fluido son detectados por fibras longitudes y espesores diferentes y vibran cada una n su propia frecuencia, estas vibraciones se transforman en señales eléctricas que son llenadas por los nervios auditivos al cerebro donde se realiza la sensación del sonido.
FUENTES DEL SONIDO
Sabemos que el sonido se produce por las vibraciones de un objeto. Estas vibraciones producen en el aire movimiento de sus moléculas y por lo tanto se traduce en una presión del mismo. Esto es lo que sucede en una bocina de radio; la bocina tiene un diafragma que vibra debido a la corriente eléctrica.
La voz humana es el resultado de la vibración de las cuerdas vocales, que son dos membranas que se encuentran en la garganta.
Como fuentes de sonido tenemos también los instrumentos de viento, de cuerdas y percusión. Los instrumentos de viento producen sonidos cuando son accionados por los labios del músico; sin embargo, no todos los instrumentos de viento se manejan de igual forma; por ejemplo, la trompeta y el clarinete se tocan de diferente forma.
En la trompeta el sonido se produce por las vibraciones de los labios del músico; sin embargo, el instrumento de viento con boquilla y con lengüeta (lámina de metal móvil), lo que vibra es la lámina cuando entra el viento.
En el caso de un órgano de viento, el aire se mueve hacia dentro y hacia afuera del tubo.
Los instrumentos de cuerda son fuentes de sonido que utilizan las vibraciones de las cuerdas. Estos instrumentos (la guitarra, por ejemplo) utilizan pulsaciones de las cuerdas o el roce de las mismas, como es el caso del violín.
También el instrumento de percusión es fuente de sonido. Este tipo de instrumento utiliza membranas que vibran. Entre ellos tenemos el tambor y l0os platillos de banda.
ECO Y REVERBERACION
Cuando las ondas encuentran un obstáculo, parte de ellas se devuelven, por lo que se dice que se refleja. El sonido es una onda y parte de esta onda se destruye al llegar a un obstáculo, pero la parte que se devuelve en forma de onda se conoce como eco. Para que el eco se produzca y se pueda percibir, la distancia de la fuente al obstáculo debe ser mayor de los 17 metros. Ya a una distancia menor tanto el sonido producido por la fuente como la parte devuelta por el obstáculo se percibirán juntos y entonces estaremos frente a otro fenómeno, que es la reverberación.
CUALIDADES DEL SONIDO
· Tono: un sonido se diferencia de otro en su tono. El tono representa el número de vibraciones que se producen en la unidad de tiempo (frecuencia), esto nos dice que a mayor frecuencia mayor será el tono. De ahí que el tono puede ser grave o agudo: el sonido agudo tiene una frecuencia mayor que el grave. La voz masculina se diferencia de la voz femenina por su tono.
· Timbre: cuando un cuerpo vibra, no lo hace en forma uniforme, sino que tiene varias frecuencias. Estas frecuencias simultáneas permiten que el timbre sea diferente entre una fuente y otra. Por el timbre diferenciarnos un instrumento de otro. Podemos diferenciar la voz de un hombre de la voz de otro hombre, o la voz de una mujer de la voz de otra mujer.
· Intensidad: el sonido lo percibimos a través del sentido del oído, y es a través de este sonido que nos damos cuenta si el sonido es fuerte o débil, es decir, la intensidad del sonido tiene relación con la fuerza que se produce. Esto nos dice que dependiendo de la fuerza que produce el sonido, esto puede ser o no percibido de acuerdo a la distancia a que nos encontramos de la fuente; la intensidad del sonido depende entonces de la amplitud de la vibración, es decir, a mayor amplitud mayor intensidad. Existe la mínima intensidad del sonido que puede ser percibida por el oído humano y es lo que conocemos como el umbral de audibilidad. Si la intensidad del sonido es muy fuerte puede producir daños en el oído humano. Existe una intensidad máxima del sonido, que puede ser soportada sin producir daños, llamada umbral del dolor. La intensidad del sonido se mide en bel, en honor al físico Británico Alexander Graham Bell, generalmente para la intensidad del sonido se usa el decibel (db) que es una décima parte de un bel:
RESONANCIA
Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro.
Para entender el fenómeno de la resonancia, pondré un ejemplo sencillo, Supóngase que tengo un tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será mas fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido.
EFECTO DOPPLER
El sonido lo percibimos porque el aire que está en contacto con el tímpano el oído varía, esas variaciones que tienen las mismas frecuencias en las vibraciones del foco sano y el observador están en reposo. Ahora bien, si uno de los dos (fuente sonora u observador) se acercan o se alejan, la intensidad del sonido varía. Esto se debe a que a medida que nos acercamos a la fuente o la fuente se acerca a nosotros, aumenta la frecuencia (número de onda) y el sonido se hace más intenso; de lo contrario, si nos alejamos de la fuente o ella se aleja de nosotros, el sonido es menos intenso, debido a que la frecuencia disminuye. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler, y lo hemos vivido cuando la sirena de una ambulancia o de los bomberos se acerca o se aleja de nosotros.
INFRASONIDOS Y ULTRASONIDO
Las personas podemos captar sonidos, si la frecuencia del sonido producido por una fuente es inferior a 16 vibraciones por segundo (16 vib/seg), entonces ese sonido no es percibido por los seres humanos. A este tipo de sonido cuya frecuencia es menor de 16 vib/seg se llama infrasonido
Ahora bien, existen sonidos cuya frecuencia es muy alta, es decir, aquellos que pasan de 20,000 vib/seg; este tipo de sonidos reciben el nombre de ultrasonido y no son captados por el ser humano.
Los ultrasonidos se producen por el efecto de una tensión eléctrica alterna aplicada sobre placas de cuarzo, debido a que los ultrasonidos transportan energías muy grandes. Se aplican en las industrias, en la fabricación de emulsiones con líquidos no miscibles (aceite y agua, mercurio y agua); se utilizan en la limpieza de ropa, esterilización de algunas sustancias, debido a que matan microorganismos. Los murciélago utilizan los ultrasonidos para orientarse n sus vuelos nocturnos y no chocar con los objetos.
Los ultrasonidos se aplican también para detectar objetos que se encuentran en las profundidades del mar, y también elimina el humo que sale por la chimenea de las fábricas. Esto se debe a que cuando su ultrasónico pasa a través del humo, sus partículas se agrupan y caen al suelo.
APLICACIONES
Algunas de las aplicaciones del sonido las encontramos en los instrumentos musicales y en la música. Los especialistas en sonido (ingeniero de sonido) aplican sus conocimientos en ésta rama de la físicapara fabricar habitaciones o salones de música donde no se produce el fenómeno de la reverberación. Dichos especialistas utilizan fibras de vidrios con el que obtienen mejor sonido.
En el campo de la medicina, los nefrólogos, especialista de las vías urinarias, utiliza el ecógrafo. Este aparato emite ultrasonido y con ello hacen exploraciones en el interior del cuerpo humano, esto se debe al fenómeno de la reflexión, lo que permite obtener gráficas de la situación del o los órganos explorados. Otro aparato que utilizan tanto los nefrólogos, urólogos y gastroenterólogos es el fonógrafo que al igual que el ecógrafo utiliza los ultrasonidos para hacer exploraciones internas, pero a través de este aparato en lugar de obtener gráficas se obtienen imágenes del o de los órganos explorados.
Tanto el ecógrafo como el fonógrafo son muy usados en estos tiempos y han ido sustituyendo en gran medida a los Rayos X, ya que las radiaciones pueden producir daños en los tejidos celulares del cuerpo y en el feto de las mujeres embarazadas.
Otro aparato utilizado por los nefrólogos para eliminar piedras de los riñones, (cálculo renal), es el nefroscopio, que también emite ultrasonidos, haciendo posible la visualización de los riñones en una pantalla cuando se hacen coincidir las ondas ultrasónicas sobre la piedra en el riñón. Estas piedras son desintegradas y más tarde son expulsadas a través de la orina del paciente.
Onda plana
son aquellas ondas que se propagan en una sola dirección a lo largo del espacio, como por ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de ondas son planos y paralelos.
Por extensión, el término es también utilizado para describir ondas que son aproximadamente planas en una región localizada del espacio. Por ejemplo, una fuente de ondas electromagnéticas como una antena produce un campo que es aproximadamente plano en una región de campo lejano. Es decir que, a una distancia muy alejada de la fuente, las ondas emitidas son aproximadamente planas y pueden considerarse como tal.
La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
En una onda electromagnética NO polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.
La velocidad de fase de una onda es la tasa a la cual la fase de la misma se propaga en el espacio. Ésta es la velocidad a la cual la fase de cualquier componente en frecuencia de una onda se propaga (que puede ser diferente para cada frecuencia). Si tomamos una fase en particular de la onda (por ejemplo un máximo), ésta parecerá estar viajando a dicha velocidad. La velocidad de fase está dada en términos de la velocidad angular de la onda ω y del vector de onda k por la relación:
Hay que tener en cuenta que la velocidad de fase no es necesariamente igual a la velocidad de grupo de una onda, que es la tasa a la cual viaja la energía almacenada en la onda.
Llamamos onda armónica a aquella en la que la perturbación que se propaga es un movimiento armónico simple. Pueden generarse ondas armónicas transversales en una cuerda elástica agitando uno de sus extremos con un vibrador armónico que oscile en dirección perpendicular a la de la cuerda. Podemos originar ondas armónicas longitudinales en un muelle mediante el mismo método, pero moviendo esta vez el vibrador en la misma dirección que la del muelle. La propagación a velocidad finita de la perturbación a lo largo de la cuerda hace que el aspecto de una onda armónica transversal sea el de una serie de crestas y valles que se van propagando a una cierta velocidad v. En el caso de una onda armónica longitudinal propagándose por un muelle lo que vemos es una sucesión alterna de contracciones y estiramientos. En ambos casos cada punto del medio de propagación se encuentra en cada instante separado una cierta distancia de su posición de equilibrio: la posición que ocupa cuando no hay onda que se propague. Esa separación es la elongación correspondiente al movimiento vibratorio armónico que describe el punto. La amplitud de ese movimiento es la amplitud de la onda. En el caso de las ondas transversales la amplitud es la altura de una cresta o la profundidad de un valle. Cuando dos puntos tienen la misma elongación y la misma velocidad (incluyendo el sentido del movimiento) decimos que se encuentran en fase. Dos puntos en fase se mueven exactamente de la misma manera: en cada instante tienen la misma elongación y se mueven con la misma velocidad (y, por tener la misma velocidad, el mismo sentido de movimiento). En el caso de las ondas transversales, dos cimas o dos valles están en fase. A la distancia entre dos puntos en fase consecutivos se le denomina longitud de onda (λ - letra griega lambda-).
Una onda esférica, en física, es aquella onda tridimensional que se propaga a la misma velocidad en todas direcciones. Se llama onda esférica porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas, cuyos centros coinciden con la posición de la fuente de perturbación.
Las ondas sonoras son ondas esféricas cuando se propagan a través de un medio homogéneo, como el aire o el agua en reposo. También la luz se propaga en forma de ondas esféricas en el aire, el agua, o a través del vacío.
Onda sonora producida por un avión que posee una velocidad menor e igual a la del sonido.
Ecuación de propagación
Si tomamos un fenómeno ondulatorio que se propaga en un medio isótropo la ecuación de ondas, dada la simetría esférica del problema, la variación el amplitud de campo se puede escribir en coordenadas esféricas simplemente como:
Donde r es la distancia al centro emisor de la onda, ν es la frecuencia y longitud de onda λ y c = ν·λ es la velocidad de propagación de la onda. La solución de la ecuación diferencial anterior, a grandes distancias de la fuente emisora se puede escribir como:
Donde son dos constantes de integración. Puede verse que la intensidad asociada al flujo de energía a través de una superficie perpendicular a la dirección de propagación viene tiene una variación según la ley de la inversa del cuadrado:
Las ondas se clasifican en dos formas:
1. Atendiendo al Medio de Propagación: las ondas pueden ser mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas requieren un medio natural o elástico que vibre; por ejemplo, las ondas en el agua y en la cuerda. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse, se propagan en el vacío. El calor del Sol nos llega a través de estas ondas. También las ondas de las estaciones de radio y televisión.
2. Atendiendo a la Dirección de Propagación: estas ondas pueden ser transversales y longitudinales.
ONDAS TRANSVERSALES
Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Cuando producimos una onda en una cuerda, ésta avanza hasta llegar al otro extremo, cada punto del medio al ser alcanzado vibra, de forma tal que sube y baja, pero sin avanzar, sólo se mueven perpendicularmente al movimiento de la onda.
ONDAS LONGITUDINALES
Las ondas longitudinales las podemos observar con mayor y mejor facilidad en un resorte, pues cuando éste se deforma y es liberado, se produce una vibración y las partículas del medio se mueven en la misma dirección de propagación (resorte).
ELEMENTOS DE UNA ONDA
Los elementos de una onda son los siguientes: la cresta, el valle, el nodo, la longitud de onda y la amplitud.
En las ondas transversales se presentan la cresta y el valle. La cresta es el punto que ocupa la posición mas alta en una onda y el valle es el punto más bajo de la onda.
El nodo es el punto del medio material que no tiene desplazamiento vertical, es decir, no tiene amplitud; en la figura anterior el punto C es el nodo.
La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas de una misma onda o entre dos valles consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración.
LA AMPLITUD
Cuando tú mantienes tensa una cuerda que está sujeta por el otro extremo, esta cuerda está en equilibrio. Si le comunicas un impulso hacia arriba, se produce una onda, porque se origina una separación en la parte que está más próxima a sus manos. La preparación entre su posición de equilibrio y su máxima altura es la amplitud (A).
PERIODO Y FRECUENCIA
·
· El período: cuando producimos ondas en sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un punto del medio material perturbado es lo que constituye el período.
· La Frecuencia: si por el contrario controlamos el número de ondas que pasan por un punto en la unidad de tiempo, entonces nos referimos a la frecuencia. Tanto el período como la frecuencia se pueden expresar de la siguiente manera:
, esto quiere decir, que el período y la frecuencia son inversos.
PERIODO Y FRECUENCIA
Hay ondas que no necesitan un medio material para propagarse (agua, cuerda, resorte) y se propagan con facilidad, tal es el caso de las ondas electromagnéticas. Sin embargo, las ondas electromagnéticas se desplazan gracias al desplazamiento de dos cambios a la vez, el campo eléctrico y el magnético. Este tipo de onda electromagnética es la que utilizan las estaciones de radio y televisión. El calor nos llega desde el Sol gracias a las ondas electromagnéticas, ya que éstas atraviesan el espacio vacío.
EL SONIDO
Un ejemplo de una onda mecánica lo es el sonido. Cuando una fuente produce un sonido, éste se propaga gracias al medio material. El tipo de onda al que pertenece el sonido es el transversal, ya que las partículas del medio alcanzadas por el sonido se mueven en forma vertical; la oscilación de la partícula nos permite afirmar que el movimiento es periódico.
El sonido es una vibración de una fuente; por ejemplo, si cuando hablamos nos colocamos suavemente las yemas de los dedos en la parte externa de la garganta notamos una sensación de vibración.
VELOCIDAD DEL SONIDO
El sonido se propaga en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. La velocidad del sonido en los sólidos es de unos 500 m/seg. En los líquido, si se trata de agua, depende de su densidad; en el agua dulce es de 1,435 m/seg, pero en el agua salada es un poco mayor, 1,500 m/seg. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/seg a una temperatura de 20ºC.
PERCEPCION DEL SONIDO
Las ondas sonoras las percibimos por el órgano del oído. Al llegar aquellas al oído golpean una membrana elástica llamada tímpano que vibra con la frecuencia de la onda. Una cadena de huesitos transmite las vibraciones amplificándolas a un fluido situado en el oído interno.
Los movimientos del fluido son detectados por fibras longitudes y espesores diferentes y vibran cada una n su propia frecuencia, estas vibraciones se transforman en señales eléctricas que son llenadas por los nervios auditivos al cerebro donde se realiza la sensación del sonido.
FUENTES DEL SONIDO
Sabemos que el sonido se produce por las vibraciones de un objeto. Estas vibraciones producen en el aire movimiento de sus moléculas y por lo tanto se traduce en una presión del mismo. Esto es lo que sucede en una bocina de radio; la bocina tiene un diafragma que vibra debido a la corriente eléctrica.
La voz humana es el resultado de la vibración de las cuerdas vocales, que son dos membranas que se encuentran en la garganta.
Como fuentes de sonido tenemos también los instrumentos de viento, de cuerdas y percusión. Los instrumentos de viento producen sonidos cuando son accionados por los labios del músico; sin embargo, no todos los instrumentos de viento se manejan de igual forma; por ejemplo, la trompeta y el clarinete se tocan de diferente forma.
En la trompeta el sonido se produce por las vibraciones de los labios del músico; sin embargo, el instrumento de viento con boquilla y con lengüeta (lámina de metal móvil), lo que vibra es la lámina cuando entra el viento.
En el caso de un órgano de viento, el aire se mueve hacia dentro y hacia afuera del tubo.
Los instrumentos de cuerda son fuentes de sonido que utilizan las vibraciones de las cuerdas. Estos instrumentos (la guitarra, por ejemplo) utilizan pulsaciones de las cuerdas o el roce de las mismas, como es el caso del violín.
También el instrumento de percusión es fuente de sonido. Este tipo de instrumento utiliza membranas que vibran. Entre ellos tenemos el tambor y l0os platillos de banda.
ECO Y REVERBERACION
Cuando las ondas encuentran un obstáculo, parte de ellas se devuelven, por lo que se dice que se refleja. El sonido es una onda y parte de esta onda se destruye al llegar a un obstáculo, pero la parte que se devuelve en forma de onda se conoce como eco. Para que el eco se produzca y se pueda percibir, la distancia de la fuente al obstáculo debe ser mayor de los 17 metros. Ya a una distancia menor tanto el sonido producido por la fuente como la parte devuelta por el obstáculo se percibirán juntos y entonces estaremos frente a otro fenómeno, que es la reverberación.
CUALIDADES DEL SONIDO
· Tono: un sonido se diferencia de otro en su tono. El tono representa el número de vibraciones que se producen en la unidad de tiempo (frecuencia), esto nos dice que a mayor frecuencia mayor será el tono. De ahí que el tono puede ser grave o agudo: el sonido agudo tiene una frecuencia mayor que el grave. La voz masculina se diferencia de la voz femenina por su tono.
· Timbre: cuando un cuerpo vibra, no lo hace en forma uniforme, sino que tiene varias frecuencias. Estas frecuencias simultáneas permiten que el timbre sea diferente entre una fuente y otra. Por el timbre diferenciarnos un instrumento de otro. Podemos diferenciar la voz de un hombre de la voz de otro hombre, o la voz de una mujer de la voz de otra mujer.
· Intensidad: el sonido lo percibimos a través del sentido del oído, y es a través de este sonido que nos damos cuenta si el sonido es fuerte o débil, es decir, la intensidad del sonido tiene relación con la fuerza que se produce. Esto nos dice que dependiendo de la fuerza que produce el sonido, esto puede ser o no percibido de acuerdo a la distancia a que nos encontramos de la fuente; la intensidad del sonido depende entonces de la amplitud de la vibración, es decir, a mayor amplitud mayor intensidad. Existe la mínima intensidad del sonido que puede ser percibida por el oído humano y es lo que conocemos como el umbral de audibilidad. Si la intensidad del sonido es muy fuerte puede producir daños en el oído humano. Existe una intensidad máxima del sonido, que puede ser soportada sin producir daños, llamada umbral del dolor. La intensidad del sonido se mide en bel, en honor al físico Británico Alexander Graham Bell, generalmente para la intensidad del sonido se usa el decibel (db) que es una décima parte de un bel:
RESONANCIA
Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro.
Para entender el fenómeno de la resonancia, pondré un ejemplo sencillo, Supóngase que tengo un tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será mas fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido.
EFECTO DOPPLER
El sonido lo percibimos porque el aire que está en contacto con el tímpano el oído varía, esas variaciones que tienen las mismas frecuencias en las vibraciones del foco sano y el observador están en reposo. Ahora bien, si uno de los dos (fuente sonora u observador) se acercan o se alejan, la intensidad del sonido varía. Esto se debe a que a medida que nos acercamos a la fuente o la fuente se acerca a nosotros, aumenta la frecuencia (número de onda) y el sonido se hace más intenso; de lo contrario, si nos alejamos de la fuente o ella se aleja de nosotros, el sonido es menos intenso, debido a que la frecuencia disminuye. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler, y lo hemos vivido cuando la sirena de una ambulancia o de los bomberos se acerca o se aleja de nosotros.
INFRASONIDOS Y ULTRASONIDO
Las personas podemos captar sonidos, si la frecuencia del sonido producido por una fuente es inferior a 16 vibraciones por segundo (16 vib/seg), entonces ese sonido no es percibido por los seres humanos. A este tipo de sonido cuya frecuencia es menor de 16 vib/seg se llama infrasonido
Ahora bien, existen sonidos cuya frecuencia es muy alta, es decir, aquellos que pasan de 20,000 vib/seg; este tipo de sonidos reciben el nombre de ultrasonido y no son captados por el ser humano.
Los ultrasonidos se producen por el efecto de una tensión eléctrica alterna aplicada sobre placas de cuarzo, debido a que los ultrasonidos transportan energías muy grandes. Se aplican en las industrias, en la fabricación de emulsiones con líquidos no miscibles (aceite y agua, mercurio y agua); se utilizan en la limpieza de ropa, esterilización de algunas sustancias, debido a que matan microorganismos. Los murciélago utilizan los ultrasonidos para orientarse n sus vuelos nocturnos y no chocar con los objetos.
Los ultrasonidos se aplican también para detectar objetos que se encuentran en las profundidades del mar, y también elimina el humo que sale por la chimenea de las fábricas. Esto se debe a que cuando su ultrasónico pasa a través del humo, sus partículas se agrupan y caen al suelo.
APLICACIONES
Algunas de las aplicaciones del sonido las encontramos en los instrumentos musicales y en la música. Los especialistas en sonido (ingeniero de sonido) aplican sus conocimientos en ésta rama de la físicapara fabricar habitaciones o salones de música donde no se produce el fenómeno de la reverberación. Dichos especialistas utilizan fibras de vidrios con el que obtienen mejor sonido.
En el campo de la medicina, los nefrólogos, especialista de las vías urinarias, utiliza el ecógrafo. Este aparato emite ultrasonido y con ello hacen exploraciones en el interior del cuerpo humano, esto se debe al fenómeno de la reflexión, lo que permite obtener gráficas de la situación del o los órganos explorados. Otro aparato que utilizan tanto los nefrólogos, urólogos y gastroenterólogos es el fonógrafo que al igual que el ecógrafo utiliza los ultrasonidos para hacer exploraciones internas, pero a través de este aparato en lugar de obtener gráficas se obtienen imágenes del o de los órganos explorados.
Tanto el ecógrafo como el fonógrafo son muy usados en estos tiempos y han ido sustituyendo en gran medida a los Rayos X, ya que las radiaciones pueden producir daños en los tejidos celulares del cuerpo y en el feto de las mujeres embarazadas.
Otro aparato utilizado por los nefrólogos para eliminar piedras de los riñones, (cálculo renal), es el nefroscopio, que también emite ultrasonidos, haciendo posible la visualización de los riñones en una pantalla cuando se hacen coincidir las ondas ultrasónicas sobre la piedra en el riñón. Estas piedras son desintegradas y más tarde son expulsadas a través de la orina del paciente.
Onda plana
son aquellas ondas que se propagan en una sola dirección a lo largo del espacio, como por ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de ondas son planos y paralelos.
Por extensión, el término es también utilizado para describir ondas que son aproximadamente planas en una región localizada del espacio. Por ejemplo, una fuente de ondas electromagnéticas como una antena produce un campo que es aproximadamente plano en una región de campo lejano. Es decir que, a una distancia muy alejada de la fuente, las ondas emitidas son aproximadamente planas y pueden considerarse como tal.
La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
En una onda electromagnética NO polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.
La velocidad de fase de una onda es la tasa a la cual la fase de la misma se propaga en el espacio. Ésta es la velocidad a la cual la fase de cualquier componente en frecuencia de una onda se propaga (que puede ser diferente para cada frecuencia). Si tomamos una fase en particular de la onda (por ejemplo un máximo), ésta parecerá estar viajando a dicha velocidad. La velocidad de fase está dada en términos de la velocidad angular de la onda ω y del vector de onda k por la relación:
Hay que tener en cuenta que la velocidad de fase no es necesariamente igual a la velocidad de grupo de una onda, que es la tasa a la cual viaja la energía almacenada en la onda.
Llamamos onda armónica a aquella en la que la perturbación que se propaga es un movimiento armónico simple. Pueden generarse ondas armónicas transversales en una cuerda elástica agitando uno de sus extremos con un vibrador armónico que oscile en dirección perpendicular a la de la cuerda. Podemos originar ondas armónicas longitudinales en un muelle mediante el mismo método, pero moviendo esta vez el vibrador en la misma dirección que la del muelle. La propagación a velocidad finita de la perturbación a lo largo de la cuerda hace que el aspecto de una onda armónica transversal sea el de una serie de crestas y valles que se van propagando a una cierta velocidad v. En el caso de una onda armónica longitudinal propagándose por un muelle lo que vemos es una sucesión alterna de contracciones y estiramientos. En ambos casos cada punto del medio de propagación se encuentra en cada instante separado una cierta distancia de su posición de equilibrio: la posición que ocupa cuando no hay onda que se propague. Esa separación es la elongación correspondiente al movimiento vibratorio armónico que describe el punto. La amplitud de ese movimiento es la amplitud de la onda. En el caso de las ondas transversales la amplitud es la altura de una cresta o la profundidad de un valle. Cuando dos puntos tienen la misma elongación y la misma velocidad (incluyendo el sentido del movimiento) decimos que se encuentran en fase. Dos puntos en fase se mueven exactamente de la misma manera: en cada instante tienen la misma elongación y se mueven con la misma velocidad (y, por tener la misma velocidad, el mismo sentido de movimiento). En el caso de las ondas transversales, dos cimas o dos valles están en fase. A la distancia entre dos puntos en fase consecutivos se le denomina longitud de onda (λ - letra griega lambda-).
Una onda esférica, en física, es aquella onda tridimensional que se propaga a la misma velocidad en todas direcciones. Se llama onda esférica porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas, cuyos centros coinciden con la posición de la fuente de perturbación.
Las ondas sonoras son ondas esféricas cuando se propagan a través de un medio homogéneo, como el aire o el agua en reposo. También la luz se propaga en forma de ondas esféricas en el aire, el agua, o a través del vacío.
Onda sonora producida por un avión que posee una velocidad menor e igual a la del sonido.
Ecuación de propagación
Si tomamos un fenómeno ondulatorio que se propaga en un medio isótropo la ecuación de ondas, dada la simetría esférica del problema, la variación el amplitud de campo se puede escribir en coordenadas esféricas simplemente como:
Donde r es la distancia al centro emisor de la onda, ν es la frecuencia y longitud de onda λ y c = ν·λ es la velocidad de propagación de la onda. La solución de la ecuación diferencial anterior, a grandes distancias de la fuente emisora se puede escribir como:
Donde son dos constantes de integración. Puede verse que la intensidad asociada al flujo de energía a través de una superficie perpendicular a la dirección de propagación viene tiene una variación según la ley de la inversa del cuadrado:
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