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Ondas Sonoras

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by

Fernando Carrizo

on 2 December 2014

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Transcript of Ondas Sonoras

Tema : Ondas Sonoras
Ondas Audibles, Ultrasónicas e Infrasónicas.
Hay tres categorías de ondas mecánicas que abarcan diferentes intervalos de frecuencia:

Cualidades del Sonido
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Por ejemplo nos permite distinguir el sonido de una trompeta y un violín aunque emitan la misma nota con la misma intensidad.
En general, los sonidos no son de una sola frecuencia, suelen tener una onda principal que va acompañada de otras ondas de menor amplitud llamadas armónicos cuya frecuencia es múltiplo de la onda principal; la suma de esas ondas da lugar a una onda que tiene una forma determinada. El timbre está relacionado con la forma de la onda.

Fenómenos
Cuando una onda sonora llega a una pared rígida (ideal) se refleja totalmente ya que la pared no se mueve y no absorbe energía de la onda. Las paredes reales no son nunca completamente rígidas, por lo que pueden absorber parte de la energía de las ondas incidentes.

Ondas
Conclusión
Tras la investigación y recopilación de información sobre el tema, pudimos definir las características primordiales de las ondas sonoras, las leyes por las cuales se rigen y sus cualidades principales. Podemos destacar que las ondas habitan constantemente en nuestro entorno; la mayoría de la veces siendo obviadas por el hecho de la cotidianidad. Otro aspecto importante a destacar son las numerosas aplicaciones que nos satisfacen todo tipo de necesidades (por ejemplo, en la comunicación).
Concluyendo, el procesamiento y organización de la información en este formato (Prezi) fue fácil, rápido e interactivo, lo que permitió la incorporación de nuevos conocimientos sobre el tema.
Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías
Universidad Nacional de Santiago del Estero
Integrantes:
Arias, Maximiliano
Carrizo, Fernando Marcos

Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Pueden generarse mediante un diapasón o un altavoz que vibre con movimiento armónico simple. La fuente vibrante hace que las moléculas de aire próximas oscilen alrededor de sus posiciones de equilibrio. Estas moléculas chocan con otras moléculas próximas haciéndolas oscilar y por lo tanto, propagan la onda sonora. Cuando viajan, las partículas en el medio vibran dando lugar a variaciones de densidad y presión del aire a lo largo de la dirección de movimiento de la onda.
Cuando una onda incide sobre una superficie límite de dos medios, de distintas propiedades mecánicas, ópticas, etc, parte de la onda se refleja, parte se disipa y parte se transmite. La velocidad de propagación de las ondas, v, cambia al pasar de un medio a otro, pero no cambia la frecuencia angular w.
Cuando la onda incidente llega formando con la superficie límite un ángulo cualquiera, la onda transmitida modifica su dirección original acercándose o alejándose de la normal. A esta desviación del rayo transmitido se le denomina refracción.

Ondas Longitudinales
Ondas Longitudinales Estacionarias
Se forman al chocar dos ondas de iguales características (amplitud, dirección, pero en sentido contrario), que se forma cuando una onda viajera incide sobre un punto fijo obligándola a devolverse pero invertida respecto de la primera, dando origen a una onda que pareciera estar definida con lugares de vibración nula llamados Nodos (amplitud mínima) y lugares de vibración máxima llamados Antinodos (amplitud máxima).


El sonido varia dependiendo de la casa de resonancia, la cual permite modificar las características de las ondas sonoras
En el caso de los instrumentos musicales, todo dependerá del material y volumen de la caja de resonancia.
En el caso de los seres vivos lo que actúa como caja de resonancia son las cuerdas vocales, que permiten una gran variedad sonora, esto dependerá entre otras cosas de la flexibilidad y el volumen de las mismas, variando en cada especie.
Cuerda Vibrante: Es un cable elástico, tendido entre 2 puntos fijos, susceptible de emitir un sonido musical gracias a sus vibraciones.
Tubo Sonoro: Es un tubo de madera o de metal en general cilíndrico de sección circular o rectangular, en cuyo interior el aire en vibración forma un sistema de ondas estacionarias correspondiente a una frecuencia audible. La fuente de vibración está a una extremidad del tubo (por ejemplo la boca de una flauta o el escarpado de un saxofón accionado por una corriente de aire).
Si podemos definir el sonido como vibraciones mecánicas que se propagan por un medio elástico y denso, capaz de producir una sensación auditiva en el oído por medio de cambios de presión. Una fuente sonora puede definirse como la procedencia de esas vibraciones mecánicas o el emisor que las produce.
Ruido y Música
Ruido es la sensación auditiva inarticulada generalmente desagradable. En el medio ambiente, se define como todo lo molesto para el oído. Desde ese punto de vista, la más excelsa música puede ser calificada como ruido por aquella persona que en cierto momento no desee oírla.
En el ámbito de la comunicación sonora, se define como ruido todo sonido no deseado que interfiere en la comunicación entre las personas o en sus actividades.
Cuando se utiliza la expresión ruido como sinónimo de contaminación acústica, se está haciendo referencia a un ruido (sonido), con una intensidad alta (o una suma de intensidades), que puede resultar incluso perjudicial para la salud humana
La intensidad de los distintos ruidos se mide en decibeles, unidad de medida de la presión sonora. El umbral de audición está en 0dB (Mínima intensidad del estímulo) y el umbral de dolor está en 120 dB. Mediante la siguiente ecuación se los calcula donde X es la cantidad a calcular y Xo una medida de referencia
Un ejemplo de algo que es considerado ruido por muchos, y música para otros son los distintos géneros de musica electrónica.
El hecho de percibir que la altura de la sirena de una ambulancia que se aproxima se reduce bruscamente cuando la ambulancia pasa al lado nuestro para alejarse es lo que se conoce como el "Efecto Doppler".
Una fuente emisora de ondas sonoras que se aproxima, se acerca al observador durante el periodo de la onda. Y, dado la longitud de la onda se acorta y la y la velocidad de propagación de la onda permanece sin cambios, el sonido se percibe mas alto. Por esta misma razón , la altura de una fuente que se aleja, se reduce. El efecto Doppler se observa siempre que la fuente de ondas se mueve con respecto al observador. Es el efecto producido por una fuente de ondas móvil por el cual hay un aparente desplazamiento de la frecuencia hacia arriba para los observadores hacia los cuales se dirige la fuente y un aparente desplazamiento hacia abajo de la frecuencia para los observadores de los cuales la fuente se aleja.
El efecto doppler se utiliza en sistemas de radar de la policía para medir la velocidad de vehículos automotores
Las Ecografías Doppler aprovechan este fenómeno como método no invasivo para medir el flujo y la velocidad circulatoria dentro de un vaso o un órgano
Física I. Ingeniería Electrónica
Audibles
Ondas sonoras que están dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano, de 20 Hz a 20000Hz. Se generan de diversas maneras, con instrumentos musicales, cuerdas vocales humanas y altavoces.
Ondas infrasónicas
Son las que tiene frecuencias debajo del intervalo audible. Por ejemplo las ondas producidas por un terremoto. Los infrasonidos pueden alcanzar largas distancias atravesando obstáculos sólidos. Pueden ser oídos por algunos animales con el oído adaptado a percibir frecuencias distintas a las del humano.
Ondas ultrasónicas
Son aquellas cuya frecuencia está por arriba del intervalo audible. Un ejemplo del uso del ultrasonido en el campo médico son los dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas ultrasónicas de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.
En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.
Clasificación
Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, por lo tanto puede propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300 000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas.
Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo

En función del medio en el que se propagan
En función del movimiento de sus partículas
Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven o vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.
Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, las olas en el agua o las ondulaciones que se propagan por una cuerda.
En función de su dirección
Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dimensión del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.
Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos dimensiones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.
Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres dimensiones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.
Ondas Sonoras
Absorción y Reflexión
Refracción
Una onda en la que la que la perturbación es paralela a la dirección de la propagación se denomina onda longitudinal. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio.
El sonido se trasmite en el aire mediante ondas longitudinales.
Ondas Longitudinales Viajeras
Se propagan desde la fuente sin volver al punto inicial, libremente por el medio. Se Realiza en un sentido único.
la diferencia de voces esta provocada por la variación de la longitud de las cuerdas vocales, asimismo por su grosor y por la amplitud de la garganta hacia la parte exterior de la boca lo cual da resonancia mayor o menor a determinado individuo
Ahora un pequeño ejemplo
Las cualidades que caracterizan el sonido son:
La intensidad o el volumen es la cualidad que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o débiles y está determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio. Por ejemplo cuando elevamos el volumen d del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.
Intensidad
El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y está determinada por la frecuencia (número de oscilaciones por segundo). Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los sonidos altos son los de gran frecuencia.
Tono o Altura
Timbre
Musica es el arte de organizar sensible y lógicamente una combinación coherente de sonidos y silencios utilizando los principios fundamentales de la melodía, la armonía y el ritmo.
Por otro lado
El cambio de altura se llama en Física "desplazamiento de la frecuencia" de las ondas sonoras. Cuando la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se comprimen es decir, el tamaño de las ondas disminuye, lo cual se traduce en la percepción d una frecuencia o altura mayor. Cuando la ambulancia se aleja, las ondas se separan en relación con el observador causando que la frecuencia observada sea menor que la de la fuente. Por el cambio en la altura de la sirena, se puede saber si la misma se esta alejando o acercando.
Aplicaciones
Efecto Doppler
Para explicar algunas aplicaciones utilizaremos el concepto de:
Algunos ejemplo son:
La velocidad de propagación del sonido depende del medio
y
el coeficiente de dilatación adiabática
R la constante universal de los gases
T la temperatura en kelvin
M la masa molar del gas
Gases
Líquidos
E es el módulo de Young
p
es la densidad
Sólidos
K Módulo de compresibilidad
p
densidad
El radar es un sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. No sólo indican la presencia y la distancia de un objeto remoto, sino que también fijan su posición en el espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de desplazamiento.

Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz de radiación electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el transmisor, este las detecta y representa los datos que ha recibido en una pantalla. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de radio.

Las ecografías se basan en una técnica en la que un sonido, de frecuencia muy alta, es dirigido hacia el organismo, donde se refleja y sonido resultante es digitalizado para producir una imagen móvil en una pantalla o una fotografía. Esta técnica no se puede utilizar para observar los huesos o los pulmones, ya que el aire y los huesos absorben prácticamente todo el haz de ultrasonidos emitidos
Dentro de la categoría de los sonidos audibles, podemos mencionar al decibelio (la décima parte del belio), como la unidad relativa (empleada en acústica, electricidad, telecomunicaciones y otras especialidades) para expresar la relación entre dos magnitudes: la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.
Es la medida utilizada para expresar el nivel de potencia y el nivel de intensidad del ruido.
En la siguiente imagen se define los niveles de ruido(definido mas adelante) a los que una persona suele estar sometida y sus efectos:
*Vale aclarar q estos fenómenos se manifiestan en cualquier tipo de onda.
Las ondas sonoras corresponden a las ondas mecánicas ya que necesitan un medio material para propagarse.
El sonido no se propaga en el vacío.
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