UNIDAD 3 TALLER 3-1
ACÚSTICA
- Desde el punto de vista físico, el sonido es una perturbación mecánica que se propaga en forma de onda a través de un medio elástico a una velocidad característica de ese medio
- Desde el punto de vista de un receptor humano podemos definir el sonido como el fenómeno físico que provoca una sensación auditiva en el oyente.
ORIGEN
DEL SONIDO
- El sonido tiene su origen en las vibraciones mecánicas de la materia, tanto en estado sólido como líquido o gaseoso, que se propagan en forma de ondas de presión sonoras en todas las direcciones.
- El proceso de generación de una onda sonora, por lo general, tiene su origen en un sólido en vibración que arrastra las partículas de aire en contacto con el mismo, produciendo de forma alternativa depresiones y sobre presiones (compresiones) que se van transmitiendo a las capas de aire adyacentes, dando lugar a una onda de presión que se propaga con movimiento ondulatorio en todas las direcciones alejándose del foco.
VELOCIDAD DEL SONIDO
Es la
velocidad a la que se propagan las ondas sonoras en un medio elástico y depende
de las características de dicho medio.
VELOCIDAD DEL SONIDO EN LOS GASES
A
partir de las características del medio, por ejemplo para un gas puede
demostrarse que la velocidad de propagación de una onda de presión (sonora)
está dada por la ecuación:
Siendo γ el coeficiente de dilatación adiabática, R la constante universal de los gases, T la temperatura en kelvin y M la masa molar del gas. Los valores típicos para la atmósfera estándar a nivel del mar son los siguientes:
γ = 1,4
R = 8,314 J/mol·K = 8.314 kg·m2/mol·K·s2
T = 293,15 K (20 °C)
M = 0,029 kg/mol para el aire
VELOCIDAD DEL SONIDO EN LOS SÓLIDOS
En sólidos la velocidad del sonido está dada por:
donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero, que es aproximadamente de 5.148 m/s.
La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano.
En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en agua
dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.
La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).
La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).
VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AIRE
Experimentalmente se ha encontrado que la velocidad de propagación del sonido en el aire varia 0.6m/s por cada grado Celsius de temperatura; por lo tanto por lo tanto se puede calcular la velocidad del sonido en el aire en función de la temperatura utilizando la expresión:
V = V0 + 0.6( m/s * °C) * t
Donde V0 es la velocidad del sonido en el aire a 0°C (331.7m/s).
PROBLEMAS
- El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 hertz . Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la velocidad de 330 ms-1.
Al ser l = v/n, las longitudes de onda correspondientes a los sonidos extremos que percibe el oído humano serán, respectivamente:
2. Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 hertz y produce ondas de 2 m. ¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua?
La velocidad de propagación viene dada por la ecuación:
3. Se ha comprobado que cierto pájaro tropical
vuela en cuevas totalmente oscuras. Para sortear los obstáculos utiliza el sonido, pero la
frecuencia más elevada que puede emitir y detectar es de 8000 Hz. Evaluar el
tamaño de los objetos más pequeños que puede detectar.
Suponiendo que la velocidad
del sonido es 340 ms-1, la longitud de la onda sería: ACÚSTICA UNIDAD 3 TALLER No 3 - 1
BIBLIOGRAFÍA
1.
www.fisicaalberto2011.blogspot.com Blog. Podrá encontrar fundamento teórico y práctico,
talleres, cuestionarios, videos y direcciones de páginas interactivas
2.
Física Investiguemos 11°.
Edictorial Voluntad
3.
http://www.aves.edu.co/edusignos/recursos/5/onda.swf Pág.
Interativa. Ejercicios resueltos sobre cualidades
y naturaleza del sonido
5.
http://www.educando.edu.do/sitios/archivos/sinfonica/02_sonido.swf El ruido y el sonido-apuntes cortos e importantes
Sonido y las ondas sonoras
FENÓMENOS ONDULATORIOS ACÚSTICOS
UNIDAD 3 TALLER No 3 - 2
REFLEXIÓN
Cuando la onda sonora choca contra un obstáculo, la onda cambia de dirección de propagación
Reflexion: Regreso de las ondas o rebote (en la acustica es el eco) |
REFRACCIÓN
Cuando la onda sonora cambia de medio de propagación y se produce una variación en la velocidad de propagación de la onda
DIFRACCIÓN
Cuando la onda sonora bordea un obstáculo o pasa a través de una abertura se produce un cambio en la curvatura de la onda.
PRINCIPIO DE INTERFERENCIA
Cuando en un punto del espacio se encuentran dos o más ondas sonoras, en dicho punto la amplitud de la onda es igual a la suma algebraica de las amplitudes de las ondas incidentes.
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/56_ondas/ondas.swf
ACÚSTICA EFECTO DOPPLER
UNIDAD 3 TALLER No 3-3
El efecto Doppler,
llamado así por el austríaco Christian Andreas Doppler, es el
aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo
entre la fuente, el emisor y/o el medio. Doppler propuso este efecto en 1842
Cuando un observador que escucha se mueve acercándose a alejándose de una fuente sonora que puede estar en
reposo o en movimiento, la frecuencia del sonido que se percibe es
diferente que cuando se encuentran en reposo. Por ejemplo, la
frecuencia del sonido que emite una locomotora cuando se acerca al observador,
es mayor que cuando se aleja.
Existe una relación entre la frecuencia emitida por una fuente y la
percibida por el receptor, cuando uno se mueve con respecto al otro sobre la
línea recta que los une. Tengamos en cuenta la siguiente relación para el
análisis:
1. CUANDO EL OBSERVADOR SE MUEVE CON RELACIÓN AL MEDIO Y LA FUENTE PERMAMANECE EN REPOSO
Si el
observador se encuentra en reposo,
percibe un sonido cuya frecuencia es f. Si se mueve hacia la fuente va al
encuentro de las ondas y percibirá una frecuencia de:
Si el observador se aleja de la fuente, la frecuencia percibida por el
observador disminuye; porque Al alejarse el observador la cantidad de frentes
de onda que lo alcanzan en la unidad de tiempo es menor y utilizamos la
ecuación.
Si la fuente se aleja su longitud de onda sufre un alargamiento y por lo tanto, la frecuencia percibida por el observador será de
3. CUANDO EL OBSERVADOR Y LA FUENTE SE MUEVEN SIMULTÁNEAMENTE CON RESPECTO AL MEDIO
Si
el observador y la fuente se dirigen uno hacia el otro, además de percibir una
frecuencia adicional, la longitud de onda emitida varía, y por lo tanto la
frecuencia percibida por el observador viene dada por:
- Una ambulancia se acerca a un acantilado y se aleja de un observador con velocidad de 20 m/sEl conductor hace funcionar la sirena que emite un sonido de 350 Hz
1. ¡Cuál es la frecuencia percibida por el observador del sonido
que
proviene directamente de la ambulancia?
2. Cuál es la frecuencia percibida por el observador del sonido reflejado reflejado
en el acantilado?
Solución
1.Como la ambulancia se aleja del observador, la
frecuencia percibida será menor y la calculamos con la expresión:
V=20m/s Vo = 0 m/s
2. La frecuencia percibida del sonido reflejado
será mayor que la frecuencia emitida porque la ambulancia se acerca al
acantilado.
2. Un
observador y un foco sonoro de frecuencia 1000 ciclos /seg. , se acercan
entre sí, con una velocidad de 170 m/s cada uno. ¿Cuál es la
frecuencia percibida por el observador?
3. Un observador se mueve a una velocidad de 42 m/s hacia un trompetista en reposo. El trompetista está tocando (emitiendo) la nota La (440 Hz). ¿Qué frecuencia percibirá el observador, sabiendo que
= 340 m/s
Solución
Si el observador se acerca hacia la fuente, implica que la velocidad con que percibirá cada frente de onda será mayor, por lo tanto la frecuencia aparente será mayor a la real (en reposo). Para que esto ocurra debemos aplicar el signo (+) en la ecuación.
f' = 494,353Hz
En este caso particular, el trompetista emite la nota La a
440 Hz; sin embargo, el observador percibe una nota que vibra a una
frecuencia de 494,353 Hz, que es la frecuencia perteneciente a la nota Si. Musicalmente hablando, el observador percibe el sonido con un tono más agudo del que se emite realmente.
4. Una fuente sonora se mueve a una velocidad de 120 m/s y emite un sonido
con una frecuencia de 300 Hz, un observador que está en reposo
experimenta una variación de la frecuencia cuando se acerca y
posteriormente cuando se aleja la fuente sonora. ¿En qué momento la
frecuencia es menor?
La velocidad del observador es Vo = 0, puesto que está en reposo y la del aire Vm = 0, puesto que se supone que no sopla viento.
Cuando se acerca la fuente sonora:
f' = [V / (V-Vs)]. f = [330 /(330–120)].300 ≈ 470 Hz.
Cuando se aleja la fuente sonora:
f' = [V / (V+Vs)]. f = [330 /(330+120)].300 ≈ 220 Hz.
Evidentemente la frecuencia es menor cuando se aleja la fuente sonora.
5. Una ambulancia se mueve con una velocidad de 80 m/s y su sirena emite una frecuencia de 100 Hz, de igual manera en sentido contrario viene un carro a 60 m/s. Calcule la frecuencia cuando los dos autos se están acercando ¿Es mayor o menor?, Calcule la frecuencia cuando se alejan ¿Es mayor o es menor?
Cuando la ambulancia y el automóvil se acercan la relación entre las frecuencias es
f' = [(V+Vo) / (V–Vs)]. f = [(330+60) / (330–80)].100 ≈ 156 Hz.
Cuando la ambulancia y el automóvil se alejan la relación entre las frecuencias es
f' = [(V–Vo) / (V+Vs)]. f = [(330–60) / (330+80)].100 ≈ 65 Hz.
6. Un motociclista pasa frente a una casa donde hay una fiesta, la frecuencia de la música que escuchan es de 670 Hz, si el motociclista se mueve a 57 m/s ¿Cuándo será mayor la frecuencia?, ¿Cuándo será menor? Comprúebalo utilizando las ecuaciones de efecto Doppler.
La fuente sonora está en reposo, por tanto Vs= 0, y Vm = 0.
Cuando el motociclista se acerca a la casa la relación entre las frecuencias es:
f' = = [(V+Vo) / V]. f = (330+57) / 330 ≈ 786 Hz.
Cuando el motociclista se aleja de la casa la relación entre las frecuencias es:
f' = = [(V–Vo) / V]. f = (330–57) / 330 ≈ 554,2 Hz.
ACÚSTICA UNIDAD 3 TALLER No 3 - 3 EFECTO DOPPLER
Contesta las siguientes preguntas:
a. Cuando
te sitúas en una avenida y escuchas a los carros pasar, en qué momento
se siente más agudo el sonido del motor: ¿cuándo el carro se acerca o
cuando se aleja?
b.Si la fuente y el observador se encuentran en reposo, varía la frecuencia que percibe el observador cuando el sonido se refleja.
c. Indica en qué casos fo es mayor que f:
1. La fuente en reposo y el observador se aleja.
2. La fuente en reposo y el observador se acerca.
3. El observador en reposo y la fuente se acerca.
4. El observador en reposo y la fuente se aleja.
5. El observador y la fuente se alejan mutuamente.
6. El observador y la fuente se acercan mutuamente.
7. Resuelve los siguientes problemas:
a. ¿Con
qué velocidad deberá moverse hacia una fuente en reposo un observador
para percibir una frecuencia el triple de la emitida por la fuente?
(Resp. 680 m/seg.)
b. Una fuente sonora que emite un sonido de 380 s–1
se acerca con una velocidad de 25 m/s hacia un observador que se
encuentra en reposo. ¿Cuál es la frecuencia detectada por el
observador? (Resp. 410.15 Hz)
c.Un autobús viaja con una velocidad de 16.6 m/s, y su corneta emite un sonido cuya frecuencia es de 270 s–1. Si una persona camina en el mismo sentido a una velocidad de 3 m/s, ¿qué frecuencia percibe la persona? (Resp. 281.35 Hz)
d.Una persona percibe que la frecuencia del sonido emitido por un tren es 350s–1 cuando se acerca el tren y de 315 s–1 cuando se aleja. ¿Cuál es la velocidad del tren? (Resp. 17.89 m/seg.)
8. El sonido es:
A Una onda longitudinal
B Una onda transversal
C Una onda electromagnética
D una onda de frecuencia inferior a 20 s-1
9. la velocidad de propagación del sonido depende de:
A Su frecuencia
B Su longitud de onda
C El medio de propagación
D ninguna de las anteriores
10 El observador se acerca a una fuente sonora que se encuentra en reposo. Podemos asegurar que:
A El observador percibe el sonido con una frecuencia adicional .
C La frecuencia del sonido percibido es igual que si el observador estuviera en reposo y la fuente Acercándose hacia éste
D La frecuencia percibida es la misma que si el observador y la fuente estuvieran en reposo.
RESPUESTAS
a. Cuando se acerca
b. No varía
c. 1. fo < f
2. fo > f
3. fo > f
4. fo > f
5. fo < f
6. fo > f
7. a. v = 680 m/s
b. fo= 410.15 Hz
c. fo = 281.35 Hz
d. v = 17.88 m/s
8. a.
9. c
10 a
VIDEOS
SONIDO ONDAS SONORAS
ONDA SONORA- MOV. ONDULATORIO
El Mundo de Beakman - El Sonido
SONIDO RESUMEN BÁSICO
DIRECCIONES INTERACTIVAS
http://www.aves.edu.co/edusignos/recursos/5/onda.swf
GENEALIDADES – FENOMENOS ONDULATORIOS-
CUESTIONARIO
EFECTO DOPPLER
EJERCICIOS RESUELTOS
SOBRE CUALIDADES Y NATURALEZA DEL SONIDO
EL RUIDO Y EL
SONIDO---- APUNTES CORTOS E IMPORTANTES
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