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7/23/2019 PD 09 OyC Sonido 2015 II Correg
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Ondas y Calor
Acústica
Efecto Doppler. Cuando una fuente de sonido y un observador están en movimiento relativo, la frecuencia en el observador esdiferente a la emitida por la fuente. Esto se conoce como el efectoDoppler.
Seaf = frecuencia de la fuente,f´= frecuencia en el observador,vs = velocidad del sonido en el medio,v0 = velocidad del observador relativa al medio,vf = velocidad de la fuente relativa al medio,u0 = velocidad del observador relativa a la fuente sonora,uf = velocidad de la fuente relativa a la onda del sonido.
Entonces, para el movimiento a lo largo de la recta que une la
fuente y el observador se tiene f´= f f u
u
Si el observador se mueve !acia el frente de onda del sonido,
u0 = vs " v0
Si el observador intercepta más frentes de onda por unidad detiempo que si estuviera estacionario con respecto al medio, la
frecuencia en el observador aumenta. Si el observador se ale#a delos frentes de onda
u0 = vs $ v0
el observador intercepta menos frente de onda por unidad detiempo y la frecuencia disminuye. Si la fuente sonora se mueve!acia los frentes de onda
uf = vs % vf
la longitud de onda disminuye y la frecuencia aumenta por encimade la que se tendr&a si la fuente sonora permaneciera estacionariacon respecto al medio. Si la fuente se ale#a de los frentes de onda
uf = vs " vf
las longitudes de onda aumentan y la frecuencia disminuye.
Si la fuente y el observador están en movimiento relativo '!acia oale#ándose( entre si, la frecuencia del observador disminuye oaumenta.
Características del sonido. )as más relevantes son intensidad,
timbre, tono.
a) Intensidad: es la cantidad media de energ&a transportada por laonda por unidad de área y por unidad de tiempo, a trav*s decualquier superficie normal a la direcci+n de propagaci+n.
V
P
0
2
2 ρ =Ι
, amplitud de los cambios de presi+n. ρ 0 , densidad del medio.
-, velocidad de propagaci+n.
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sualmente se mide en /atiosm1. El o&do !umano capta desde 20 $
21 /attm1 !asta 20$3 /attm1, como la escala es muy amplia, sedefine 4nivel de intensidad en escala logar&tmica5.
)i = 20 )og ΙΙ0, Ι0 = 20$21 /m1
)i se e6presa en decibeles db.
b) Tono: es la caracter&stica determinada directamente por lafrecuencia.
c) Timbre depende de la fuente y los sobretonos o arm+nicos queesta puede emitir.
Problemas propuestos
2.$ Dos ondas tienen intensidades de 0,7 y 8 9m1,respectivamente. :En cuántos decibelios es mayor la una que laotra; :Cuántos belios;
1.$ n observador oye un silbato cuya frecuencia es de <0 vibseg.:Cuál es la frecuencia aparente cuando el observador se mueve!acia el silbato a una velocidad de 33 piesseg; :Cuál es lafrecuencia aparente despu*s de que !a pasado el silbato;Suponga que la velocidad del sonido es de 2200 piesseg.
7.$ Si la amplitud de los cambios de presi+n de una onda sonora seduplica, :En cuánto aumenta su intensidad;
>.$ :Cuántas veces tiene que aumentarse la amplitud de loscambios de presi+n de una onda sonora para multiplicar laintensidad por el factor 20;
.$ Dos ondas sonoras, una en el aire y la otra en el agua, tienenigual intensidad. a( :Cuál es la ra?+n de las amplitudes de loscambios de presi+n de la onda de agua a la onda en el aire; b( Sila amplitud de los cambios de presi+n de ambas ondas son iguales,:Cuál es la ra?+n de sus intensidades;
8.$ )a intensidad debida a un determinado n@mero de focossonoros, independientes, es la suma de las intensidades de losfocos separados. Si un solo viol&n produce un sonido cuyo nivel deintensidad es de >0 db.
a( :Cuál es el incremento de nivel de intensidad sobre el producidopor un viol&n cuando dos violines tocan al un&sono;b( :Cuántos son necesarios para aumentar el nivel !asta 80 db;c( :Aasta 30 db;
<.$ na ventana cuya superficie es de 2 m1 esta abierta a una calle
cuyo ruido produce un nivel de intensidad en la ventana de 30 db.:Cuánta energ&a ac@stica penetra por la ventana por medio de lasondas sonoras;
3.$ :Cuál es la diferencia entre las velocidades de las ondaslongitudinales en el aire a 7BC y a 1<BC;
.$ Dos cuerdas de piano, id*nticas, cuando se someten a la mismatensi+n tienen una frecuencia fundamental de >00 vibseg. :En qu*fracci+n debe aumentarse la tensi+n de una cuerda para que seprodu?can > pulsaciones más por segundo cuando ambas cuerdas
vibran simultáneamente;
20.$ n !ombre sopla a trav*s de la boca de una botella de 20 pulgde profundidad. Si la velocidad del sonido es de 2200 piesseg,:Cuál es la longitud de onda del primer tono fundamental que seproduce; :Cuál es la frecuencia de la tercera arm+nica; :Es la
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cuarta arm+nica posible; Si lo es, :Cuál es su frecuencia; sino,:or qu* no;
22.$ :Cuál es la longitud m&nima de un tubo cerrado 'en metros(para que puede resonar con una frecuencia de 10 !? a unatemperatura de 10BC; :De un tubo abierto;
21.$ :Cuál es la frecuencia del tono fundamental y de las dossiguientes arm+nicas producidas por un tubo cerrado de 1, pies delargo; :Cuáles son las frecuencias si el tubo es abierto; )avelocidad del sonido es de 2200 piesseg.
27.$ Compare las frecuencias fundamentales de un tubo de +rganoabierto de 2 m de longitud a( Cuando el tubo esta lleno de aire b(Cuando esta lleno de !idrogeno.
2>.$ Cuando un tubo de Fundt contiene aire, la distancia entre los
nodos es de 1 cm. Cuando el aire se e6trae y se rempla?a por ungas, la distancia entre los nodos es de 7 cm. )a velocidad delsonido en el aire es de 7>0 mseg. :Cuál es la velocidad del sonidoen el gas;
2.$ n diapas+n vibra con la frecuencia de 73> ciclosseg y sesostiene sobre el e6tremo superior de un tubo vertical de vidrio elotro e6tremo esta metido dentro del agua. )a resonancia sepresenta en la parte superior del tubo a 11, cm por encima de lasuperficie del agua. Calcule la velocidad del sonido en el aire. Si latemperatura es de 27BC, :Cuál es la velocidad del sonido a 0BC;
28.$ n !ombre esta de pie y en reposo frente a una gran paredlisa. Grente a el, y entre el y la pared, sostiene un diapas+n en
vibraci+n cuya frecuencia es ƒ0 ciclosseg.
Hueve el diapas+n !acia la pared con una velocidad v. :Cuántaspulsaciones por segundo percibirá entre las ondas sonoras que lealcan?an directamente desde el diapas+n y las que le alcan?an
despu*s de refle#arse en la pared; Si ƒ0 = >00 ciclosseg y - = 2,1
mseg, calcule los resultados anteriores.
2< $ a( Demuestre que si )i2 y )i1 son los niveles de intensidad endecibelios de dos
sonidos cuyas intensidades son Ι2 e Ι1, respectivamente, ladiferencia de los niveles de intensidad de los sonidos es
)i1 $ )i2 = 20 log 'Ι1 Ι2(
b( Demuestre que si 2 y 1 son las amplitudes de loscambios de presi+n de dos ondas sonoras, la diferencia deniveles de intensidad de las ondas es
)i1 $ )i = 10 log '1 2(c( Demuestre que si la intensidad del nivel de referencia es
Ι0 = 20$28 9m1, el nivel de intensidad de un sonido de
intensidad Ι es
)i = 280 " 20 log Ι
)os profesores del curso