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Curso: Física 1

Tema: Bloque Temático 1: Sonido Profesores:Elizabeth OsorioIrene J. Cruz VillavicencioMaría Sánchez PortillaRubén Bonilla AguilarAlberto Zúñiga AlarcónAlberto Tinoco Tapia

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Las ondas:Las ondas:Movimiento Movimiento OndulatorioOndulatorio

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El movimiento El movimiento ondulatorioondulatorio

• El movimiento ondulatorio es el El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, transferencia de materia, mediante ondas.mediante ondas.

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Clases de ondasClases de ondas

• Mecánicas: Necesitan un medio Mecánicas: Necesitan un medio natural para su propagación. natural para su propagación.

• Electromagnéticas: no necesitan Electromagnéticas: no necesitan un medio natural (pueden un medio natural (pueden propagarse en el vacío).propagarse en el vacío).

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Tipos de ondasTipos de ondas• LongitudinalesLongitudinales: El medio se desplaza : El medio se desplaza

en la dirección de la propagación. en la dirección de la propagación.

El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

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Tipos de ondasTipos de ondas• Tranversales:Tranversales: El medio se El medio se

desplaza en ángulo recto a la desplaza en ángulo recto a la dirección de la propagación.dirección de la propagación.

Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

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• Las ondas longitudinales Las ondas longitudinales siempre son mecánicassiempre son mecánicas. . Las Las ondas sonoras son un ejemplo típico de ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio.esta forma de movimiento ondulatorio.

• Las ondas transversales Las ondas transversales pueden ser mecánicaspueden ser mecánicas ( ondas ( ondas que se propagan a lo largo de una que se propagan a lo largo de una cuerda tensa)cuerda tensa) o o electromagnéticaselectromagnéticas (la luz o las (la luz o las ondas de radio). ondas de radio).

• Algunos movimientos Algunos movimientos ondulatorios mecánicosondulatorios mecánicos, como los , como los terremotos, terremotos, son combinaciones son combinaciones de movimientos longitudinales de movimientos longitudinales y transversalesy transversales, con lo que se , con lo que se mueven de forma circular.mueven de forma circular.

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Elementos de una Elementos de una onda transversalonda transversal

Longitud de onda

Amplitud

Cresta

Valle

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Elementos de una Elementos de una onda transversalonda transversal

• Valle: punto más bajo de la onda• Cresta: punto más alto de la onda•Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos.•Amplitud: altura de la cresta o del valle.

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Elementos del movimiento Elementos del movimiento ondulatorioondulatorio

• Frecuencia ( Frecuencia ( f f ):): Número de Número de oscilaciones por segundo.oscilaciones por segundo.– Se mide en hertzios (Hz)Se mide en hertzios (Hz)– 1 Hz = una oscilación en un segundo1 Hz = una oscilación en un segundo

• Período ( Período ( TT ): ): tiempo que tarda en tiempo que tarda en tener lugar una vibración tener lugar una vibración completa.completa.

• Por la propia definición, el período Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia es el inverso de la frecuencia ((TT = = 1/1/f f ))– Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio

tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)

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Elementos del movimiento Elementos del movimiento ondulatorioondulatorio

• Longitud de onda ( Longitud de onda ( λλ ):): Espacio que Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación.de una oscilación.

• Velocidad de transmisión ( Velocidad de transmisión ( vv ): ): velocidad velocidad a la que se propaga.a la que se propaga.– Recordamos que Recordamos que velocidad = espacio/tiempovelocidad = espacio/tiempo, por , por

lo que lo que espacio = velocidad x tiempoespacio = velocidad x tiempo, de donde , de donde podemos deducir que podemos deducir que longitud de onda = longitud de onda = velocidad x períodovelocidad x período

– Si tenemos en cuenta que Si tenemos en cuenta que período = 1/ período = 1/ frecuenciafrecuencia, podremos decir que , podremos decir que longitud de onda longitud de onda = velocidad / frecuencia= velocidad / frecuencia, , o lo que es lo mismo, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuenciavelocidad = longitud de onda x frecuencia

λ = v . T λ = v / f v = λ . f

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Onda estacionariaOnda estacionaria • Una onda estacionaria se forma por la Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.través de un medio.

• Las ondas estacionarias permanecen confinadas en Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos de la aparente inmovilidad de los nodos

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ONDAS SONORAS

Las vibraciones de un diapasón de frecuencia f situado cerca del extremo de un tubo abierto producen ondas sonoras en su interior que, al reflejarse en el interior del tubo, pueden producir la superposición de la onda incidente y la reflejada y dar lugar al establecimiento de ondas estacionarias. Cuando se genera la onda estacionaria, se produce una resonancia en el interior del tubo y nuestro oído es capaz de percibir la onda sonora.

La mayoría de los instrumentos de viento emiten sonidos por un mecanismo similar al descrito.

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ONDAS SONORAS

TUBO CERRADO POR UN EXTREMO

La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea:

4)12(

nl

n=0 primer armónico

n=1 segundo armónico

n=2 tercer armónico

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Posibles ondas para tubo Posibles ondas para tubo cerradocerrado

1

4

1

L Fundamental, n = 1

1

4

3

L 1er sobretono, n = 3

1

4

5

L 2o sobretono, n = 5

1

4

7

L 3er sobretono, n = 7

Sólo se permiten los armónicos nones:

4 1, 3, 5, 7 . . .n

Ln

n

L

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ONDAS SONORAS

TUBO ABIERTO POR LOS DOS EXTREMOS

La resonancia se producirá cuando la longitud del tubo sea:

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nl

n=1 primer armónico

n=2 segundo armónico

n=3 tercer armónico

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Posibles ondas para tubo Posibles ondas para tubo abiertoabierto

L 2

1

L Fundamental, n = 1

2

2

L 1er sobretono, n = 2

2

3

L 2o sobretono, n = 3

2

4

L 3er sobretono, n = 4

Para tubos abiertos son posibles todos los

armónicos:

2 1, 2, 3, 4 . . .n

Ln

n

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Columnas de aire en vibraciónColumnas de aire en vibraciónTal como para una cuerda en vibración, existen longitudes de onda y frecuencias características para ondas sonoras longitudinales. Para tubos se aplican condiciones de frontera:

Tubo abierto

A AEl extremo abierto de un tubo debe se un antinodo A en desplazamiento.

Tubo cerrado

AN

El extremo cerrado de un tubo debe ser un nodo N en desplazamiento.

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Definición del sonidoDefinición del sonido

Fuente del Fuente del sonido: diapasón.sonido: diapasón.

El El sonidosonido es una es una onda mecánica onda mecánica longitudinal que longitudinal que viaja a través de viaja a través de un medio elástico.un medio elástico.

El El sonidosonido es una es una onda mecánica onda mecánica longitudinal que longitudinal que viaja a través de viaja a través de un medio elástico.un medio elástico.

Muchas cosas Muchas cosas vibran en el aire, vibran en el aire, lo que produce lo que produce una onda sonora.una onda sonora.

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El sonido requiere un medio para El sonido requiere un medio para propagarsepropagarse

El sonido de un timbre que suena disminuye El sonido de un timbre que suena disminuye conforme el aire sale del frasco. No existe conforme el aire sale del frasco. No existe sonido sin moléculas de aire.sonido sin moléculas de aire.

Frasco al vacío con timbre

Batterías

Bomba de vacío

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El SonidoEl Sonido

• El El Sonido Sonido se se propaga mediante propaga mediante ondas ondas longitudinaleslongitudinales

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/sEn el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600 m/s En la madera es de 3.900 m/s En el acero es de 5.100 m/s

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Factores que determinan la Factores que determinan la rapidez del sonidorapidez del sonido

Las onda mecánicas longitudinales Las onda mecánicas longitudinales ((sonidosonido) tienen una rapidez de ) tienen una rapidez de onda que depende de factores de onda que depende de factores de elasticidadelasticidad y y densidaddensidad. Considere . Considere los siguientes ejemplos:los siguientes ejemplos:

Un medio Un medio más densomás denso tiene mayor tiene mayor inercia que resulta en inercia que resulta en menormenor rapidez de onda.rapidez de onda.

Un medio que es Un medio que es más elásticomás elástico se se recupera más rápidamente y recupera más rápidamente y resulta en resulta en mayormayor rapidez. rapidez.

aceroacero

aguaagua

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¿QUÉ ES EL SONIDO?

El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire), debido a cambios rápidos de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

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ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO

. . 1.-1.- Una fuente de vibración Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente sonoramecánica, llamada fuente sonora

DIAPAZÓN PLATILLOS BATERÍA GUITARRA

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Instrumentos musicalesInstrumentos musicales

Las vibraciones en Las vibraciones en una cuerda de violín una cuerda de violín producen ondas producen ondas sonoras en el aire. sonoras en el aire. Las frecuencias Las frecuencias características se características se basan en la longitud, basan en la longitud, masa y tensión del masa y tensión del alambre.alambre.

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ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO

•2. Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación, es decir la onda sonora (sonido).

Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el aire (gases), y los metales (sólidos)

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ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO

• 3. Según los fisiólogos para que exista sonido es necesaria la presencia de alguien que lo reciba, es decir un receptor u observador de sonido.

• En la escena anterior la persona, a través del sentido auditivo, recibe el sonido emitido por la campana, dicho sonido se propagó en el aire.

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CUALIDADES DEL SONIDO

INTENSIDADTONO

TIMBRE

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TonoTono

•El tono de un sonido depende únicamente de su frecuencia, es decir, del número de oscilaciones por segundo. El tono de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más grave o más agudo.

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La frecuencia y el sonidoLa frecuencia y el sonido• El tono del sonido depende de la El tono del sonido depende de la

frecuencia.frecuencia.• A frecuencias bajas corresponden A frecuencias bajas corresponden

sonidos graves.sonidos graves.• A frecuencias altas corresponden A frecuencias altas corresponden

sonidos agudos.sonidos agudos.

27 Hz27 Hz 100 Hz100 Hz 200 Hz200 Hz 440 Hz440 Hz 1000 Hz1000 Hz 3000 Hz3000 Hz

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TonoTono

Cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse, por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo de cartulina a una sierra de disco: cuando mayor sea la velocidad de rotación del disco más agudo será el sonido producido.

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IntensidadIntensidad

• La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el volumen del radio a una música, o el volumen del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.

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TimbreTimbre

• El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y frecuencia. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples.

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TIPOS DE SONIDOS

SÓNICOS

ULTRASÓNICOSINFRASÓNICOS

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1.Sonidos Sónicos: Todos aquellos sonidos que somos capaces de escuchar, se denominan sonidos sónicos

Estos sonidos tienen una frecuencia comprendida en el rango de 20htz a 20000htz (veinte a veinte mil hertz).

En otras palabras, son los sonidos audibles al ser humano.

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2.- Infrasonidos, los cuales podemos definirlos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.

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UltrasonidoUltrasonido

3.- Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 Khz (20000 hz). aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.

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Los murciélagos en sus vuelos nocturnos se guían con los

ultrasonidos para no chocar contra los objetos que se encuentran a su

paso.

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El SonidoEl SonidoEl efecto Doppler

-El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja.-Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo. Por la parte posterior quedan más separadas, longitud de onda más grande igual a sonido más grave

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1. EL SIGUIENTE DIBUJO ILUSTRA LA PROPAGACIÓN DE ESTE TIPO DE ONDA

A) ELÉCTRICA

B) TRANSVERSAL

C) LONGITUDINAL

D) SONORA

2. ASÍ SE LLAMA A LA PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA POR MEDIO DE UNA PERTURBACIÓN EN UN MEDIO EN LUGAR DEL MEDIO EN SÍ.

A) MOVIMIENTO ONDULATORIO

B) TRANSMISIÓN DE ELECTRICIDAD

C) TRANSMISIÓN TÉRMICA

D) LONGITUD DE ONDA

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L o n g itu d d e O n d a

3. QUÉ NOMBRE SE LE DA A LA DISTANCIA COMPRENDIDA ENTRE LAS DOS FLECHAS, EN EL DIBUJO DE ABAJO.

A) FRECUENCIA

B) ONDA

C) OLA

D) LONGITUD DE ONDA

4. ES EL NÚMERO DE ONDAS QUE PASAN POR UN PUNTO EN PARTICULAR EN UNA UNIDAD DE TIEMPO.

A) FRECUENCIA

B) ONDA

C) OLA

D) LONGITUD DE ONDA

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5. QUÉ VIAJA POR EL ESPACIO A MAYOR VELOCIDAD?

A) EL SONIDO

B) LA LUZ

a b c

b c

a

a b

c

c

6. ONDAS TRANSVERSALES. (indique si es A o B )

A) B)

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8. LAS ONDAS DE SONIDO QUE TIENEN FRECUENCIAS POR ARRIBA DEL INTERVALO AUDIBLE SE LLAMAN …..

A) INFRASÓNICAS

B) ULTRASÓNICAS

C) ONDAS AUDIBLES

D) LONGITUD DE ONDA

7. TIPO DE ONDA EN DONDE LA VIBRACIÓN DE LAS PARTÍCULAS ES PERPENDICULAR A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA.

A) ONDA LINEAL

B) ONDA TRANSVERSALC) LONGITUD DE ONDAD) FRECUENCIA

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10. EN LAS ONDAS LONGITUDINALES LA VIBRACIÓN DE LAS PARTICULAS INDIVIDUALES ES ……….. A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA

A) PERPENDICULAR

B) PARALELA

C) ONDULATORIA

D) ANTIPARALELA

9. SI DECIMOS QUE LA FRECUENCIA DE UNA ONDA ES: 50 Hertz, SIGNIFICA QUE ….A) PASAN 50 ONDAS POR UN PUNTO EN UN SEGUNDO

B) PASAN 50 SEGUNDOS DESPUÉS DE PASAR UNA ONDA

C) EL SONIDO SE MUEVE A 50 SEGUNDOS POR ONDA

D) LAS ONDAS SE MUEVE A 50 ONDAS CADA 50 SEGUNDOS