Fisica Sonido

Longitud de onda 

Se define la longitud de onda (l) como la distancia que recorre el pulso mientras una partícula del medio que recorre la onda realiza una oscilación completa.

El tiempo que tarda en realizar la oscilación se llama período (T) y la frecuencia ( n) es el número de oscilaciones (vibracionescompletas) que efectúa cualquier partícula, del medio perturbado por donde se propaga la onda, en un segundo. 

El concepto se puede ilustrar mediante una analogía sencilla. Si atamos una cuerda larga al pomo de una puerta y sujetamos el extremo libre. Si lo movemos lentamente arriba y abajo generará una única onda de gran tamaño; un movimiento más rápido generará numerosas ondas pequeñas. La longitud de la cuerda no varía, por lo que cuantas más ondas genere (mayor frecuencia), menor será la distancia entre las mismas (menor longitud de onda).

Onda

Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto.

Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse.

El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.

 Una onda transporta energía y cantidad de movimiento pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

 

Periodo de una onda 

El período mide el tiempo que se tarde en dar una vuelta completa y se mide en segundos. Es la inversa de la frecuencia.

De la misma forma la frecuencia se puede calcular como la inversa del período.

 

Mínimo lapso que separa dos instantes en los que el sistema se encuentra exactamente en el mismo estado: mismas posiciones, mismas velocidades, mismas amplitudes. Así, el periodo de oscilación de una onda es el tiempo empleado por la misma en completar una longitud de onda.

 

Frecuencia

La frecuencia mide la cantidad de vueltas que se dan en un período de tiempo (normalmente un segundo). La unidad más común es el Hertz. Un Hertz equivale a una vuelta en un segundo (1 / s).

Ondas longitudinales 

Una onda longitudinal es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión.

En las ondas longitudinales, el desplazamiento del medio es paralelo a la propagación de la onda. Una onda en un "slinky" (muelle en espiral), es un buen ejemplo de visualización.

 

Onda transversal

Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales y en las superficies de los líquidos son transversales.
También las ondas electromagnéticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales.

Onda mecanica
 

 

Es una perturbación que se produce en un punto de un medio elástico, apartando a una partícula cualquiera de su posición de equilibrio. Se genera entonces una onda mecánica que se propaga a todo el medio elástico.
Por ejemplo si tiramos una piedra en medio de una fuente de agua en reposo. Se produce una "ola" que se extiende radialmente.
Los mismo sucede si agitamos una cuerda tensa. Se produce una onda que se propaga por la cuerda. Si la agitamos continuamente, se produce un tren de ondas. Cada partícula de la cuerda cumple con un MAS.

Onda sonora

Hemos definido el sonido como la sensación producida en el oído por las vibraciones de las partículas que se desplazan en forma de onda sonora a través de un medio elástico que las propaga.

Como el sonido se propaga en forma de ondas, tenemos que saber que características tiene la onda sonora para ver como se comporta.

 

Reflexion del sonido 

Cuando el sonido se refleja sobre un obstáculo fijo, una pared por ejemplo, el módulo de la velocidad se conserva.
En la propagación del sonido, se cumplen también las leyes de la reflexión de las ondas, es decir, î = ^r, que ya se han visto sobre la superficie del agua y que se ven al estudiar la óptica geométrica. Sólo que aquí no las vemos, pero sí las percibimos, sobre todo, en tanto que la longitud de onda de la vibración reflejada sea inferior a la mayor de las dimensiones del objeto plano sobre el que se refleja.
Si observamos lo que ocurre en una sala de conciertos, en las que una puerta estuviera entreabierta, no podríamos oír los compases de un violín, o de cualquier solista, más que desde unas posiciones determinadas, que estarán en la dirección del rayo sonoro reflejado.

Refraccion del sonido 

Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. 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. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate. Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos un caso extremo de refracción, denominado reflexión total 

 

Difraccion de una onda sonora

Es un fenómeno característico de las ondas  que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

 

 El sonido 

El sonido es el fenómeno físico que estimula el sentido del oído. Un cuerpo solo puede emitir un sonido cuando vibra. Las vibraciones son transmitidas mediante el aire en el tímpano, que vibra y comunica estas vibraciones a través de un conjunto de pequeños huesos en las ramificaciones del nervio auditivo.

El sonido no se transmite solo en el aire, sino en cualquier otro material, sea gas, líquido o sólido, pero no se puede propagar en el vacío.

La velocidad con que se propaga depende del material que sirve como medio de transporte. Cualquier alteración de las propiedades del material, como su temperatura, densidad, etc., hace variar la velocidad de propagación.

Así, la velocidad del sonido en el aire seco a 0°C es de 331 m/s (medición de la Academia de Ciencias de París en 1882); por cada elevación de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta en 0,62 m/s.

En el agua de mar a 8°C la velocidad del sonido es de 1435 m/s. (mediciones de Colladon y Sturm en 1827). En los sólidos la velocidad es del orden de los Km./s. Por ejemplo la velocidad en el acero es de 5 Km./s.

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, se puede describir con tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la forma de onda (o composición armónica).

Interferencia de una onda sonora

Es un fenómeno en el que dos o más ondas  se superponen para formar una onda resultante de mayor o menor amplitud. El efecto de interferencia puede ser observado en cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido, ondas en la superficie del agua Puede producir aleatoriamente aumento, disminución o neutralización del movimiento.

Timbre 

El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo.

Pocas veces las ondas sonoras corresponden a sonidos puros, sólo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armónica. Los instrumentos musicales, por el contrario, dan lugar a un sonido más rico que resulta de vibraciones complejas. Cada vibración compleja puede considerarse compuesta por una serie de vibraciones armónico simples de una frecuencia y de una amplitud determinadas, cada una de las cuales, si se considerara separadamente, daría lugar a un sonido puro. Esta mezcla de tonos parciales es característica de cada instrumento y define su timbre.

Tono

El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y esta relacionada directamente con la magnitud física “frecuencia”.Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los sonidos altos son los de gran frecuencia.

 

Tubos abiertos 

Tubo Abierto

Si un tubo es abierto el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos (VIENTRES de deformación). En la siguiente simulación se ilustran los primeros 5 modos en un tubo abierto. En ella se observa claramente que la onda de presión y la de deformación: donde hay un VIENTRE de deformación hay un NODO de presión y viceversa. También se puede observar que el elemento de la columna gaseosa cuyo centro de masa está en un NODO es el que más se deforma (densidad de energía potencial máxima), mientras que el elemento cuyo centro de masa está en un VIENTRE no sufre deformación (densidad de energía potencial nula, es decir, , en todo instante).

 

 Tubos cerrados 

Si un tubo es cerrado el aire vibra con su máxima amplitud en el extremo donde está la fuente de vibración (VIENTRE de deformación) y en el extremo opuesto no vibrará (NODO de deformación). En la siguiente simulación se ilustran los primeros 10 modos en un tubo cerrado. En ella se observa nuevamente como la onda de presión y la de deformación : donde hay un VIENTRE de deformación hay un NODO de presión y viceversa. Como en la simulación anterior, también se puede observar que el elemento de la columna gaseosa cuyo centro de masa está en un NODO es el que más se deforma (densidad de energía potencial máxima), mientras que el elemento cuyo centro de masa está en un VIENTRE no sufre deformación (densidad de energía potencial nula, es decir, , en todo instante)

 

 

Laboratorio fisica  Sonido 

Consiste en observar como el sonido genera figuras en un chorro  de agua

 Laboratorio de Fisica Sonido

 

Se  probaron 4 niveles de  sonido que se podran diferenciar durante el video:

1) Senoidal
2) Triangular
3) Cuadrada
4) Diente sierra
5) Ruido Blanco