“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

Institución Educativa

Emblemática Pedro Portillo

Curso : Ciencia Tecnología y Ambiente

Docente : Alain Ruiz Cárdenas

Alumnos : - Camacho Tamani, Willy- Llacsa Flores, Rut- Lopez Arirama, Danis- Maldonado Benitez, Wendy- Mera Rengifo, Karla

Grado : 5to “C”

- Naupay Gomez, Gabriela

- Panduro Castro, Enita

- Pinchi Pinedo, Patrick

2

Turno : Tarde

PUCALLPA – PERÚ2015

DEDICATORIA

A Dios por ser el Pilar que ilumina mi Camino.

3

A mis padres por el apoyo incondicional, que me da.

A Los lectores, puesto que estas

enseñanzas están bien especificadas, y

ayudara mucho en su alimentación

académica.

INDICEDEDICATORIA...............................................................................................................................2

INDICE........................................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................4

1. EL SONIDO Y LAS ONDAS............................................................................................5

1.1. EL SONIDO................................................................................................................5

1.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS...............................................................................6

1.3. FRECUENCIA............................................................................................................6

1.4. AMPLITUD.................................................................................................................7

1.5. INTENSIDAD.............................................................................................................7

1.6. TIMBRE......................................................................................................................8

1.7. REFRACCIÓN, REFLEXIÓN E INTERFERENCIAS...........................................8

1.8. TRES TIPOS DE SONIDO IMPORTANTES.......................................................10

1.9. LA VELOCIDAD DEL SONIDO............................................................................11

2. VIBRACIÓN FORZADA Y RESONANCIA..................................................................13

3. ONDAS SONORAS........................................................................................................14

4. TONO Y TIMBRE............................................................................................................18

5. INTERFERENCIA Y PULSACIONES..........................................................................19

6. EFECTO DOPPLER.......................................................................................................20

CONCLUSIONES....................................................................................................................24

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................25

ANEXOS...................................................................................................................................26

4

INTRODUCCIÓN

En nuestra vida cotidiana, cientos de sonidos alcanzan nuestros oídos. Algunos

nos producen placer, nos gustan, pero otros nos repelen y nos provocan

malestar. A partir del oído, que es uno de nuestros cinco sentidos, somos

capaces de percibir el sonido, que es un estímulo recibido por parte de nuestro

cuerpo. Pero a su vez también estamos capacitados para generar sonido, no

sólo a través de elementos o aparatos mecánicos o electrónicos, si no

naturalmente, por ejemplo, con nuestra voz, a través de la puesta en

funcionamiento de nuestras cuerdas vocales. Pero vamos al punto que nos

interesa, ¿qué es el sonido y cómo se origina?

En ningún momento se deja de estar en contacto con este tipo de estímulos,

inclusive cuando se está durmiendo, el oído sigue atento a cualquier cambio

que se produzca en el entorno. Sin el sonido no existirían ni la música ni los

medios audiovisuales.

Lamentablemente, al audio, no se le da el lugar que se merece. Se jerarquiza

lo visual, la imagen.

En este trabajo Hablaremos del Sonido, y sus aplicaciones físicas

5

1. EL SONIDO Y LAS ONDAS1.1. EL SONIDO

Sonido, fenómeno físico que estimula el sentido del oído. En los seres

humanos, esto ocurre siempre que una vibración con frecuencia comprendida

entre unos 15 y 20.000 hercios llega al oído interno. El hercio (Hz) es una

unidad de frecuencia que corresponde a un ciclo por segundo. Estas

vibraciones llegan al oído interno transmitidas a través del aire, y a veces se

restringe el término `sonido' a la transmisión en este medio. Sin embargo, en la

física moderna se suele extender el término a vibraciones similares en medios

líquidos o sólidos. Los sonidos con frecuencias superiores a unos 20.000 Hz se

denominan ultrasonidos.

Para lo relativo a la ciencia arquitectónica del diseño de estancias y edificios

con propiedades adecuadas de propagación y recepción del sonido. Para lo

relativo a la naturaleza del proceso fisiológico de la audición de sonidos y la

anatomía del mecanismo de audición en personas y animales. En cuanto a las

propiedades generales de la producción y propagación de ondas vibracionales,

entre ellas las ondas de sonido.

En general, las ondas pueden propagarse de forma transversal o

longitudinal. En ambos casos, sólo la energía y la cantidad de movimiento del

movimiento ondulatorio se propagan en el medio; ninguna parte del propio

medio se mueve físicamente a una gran distancia. Por ejemplo, imaginemos

que atamos firmemente una cuerda a un poste por un extremo, la estiramos sin

tensarla del todo y sacudimos el otro extremo. Una onda se desplazará por la

cuerda hacia el poste, donde se reflejará y volverá hacia la mano. En realidad,

ninguna parte de la cuerda se mueve longitudinalmente hacia el poste, pero

todas las partes de la cuerda se mueven transversalmente. Este tipo de

movimiento ondulatorio se denomina onda transversal. Del mismo modo, si

6

tiramos una piedra a un estanque, una serie de ondas transversales se

propaga desde el punto de impacto. Un corcho que flote cerca de dicho punto

se moverá hacia arriba y hacia abajo, es decir, de forma transversal a la

dirección del movimiento ondulatorio, pero apenas mostrará movimiento

longitudinal. En cambio, una onda de sonido es una onda longitudinal. A

medida que la energía del movimiento ondulatorio se propaga alejándose del

centro de la perturbación, las moléculas de aire individuales que transmiten el

sonido se mueven hacia delante y hacia atrás, de forma paralela a la dirección

del movimiento ondulatorio. Por tanto, una onda de sonido es una serie de

compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire. Cada molécula individual

transmite la energía a las moléculas vecinas, pero una vez que pasa la onda de

sonido, las moléculas permanecen más o menos en la misma posición.

1.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICASCualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en

su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la

intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres

características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o

forma de onda. El ruido es un sonido complejo, una mezcla de diferentes

frecuencias o notas sin relación armónica.

1.3. FRECUENCIAExisten distintos métodos para producir sonido de una frecuencia

deseada. Por ejemplo, un sonido de 440 Hz puede crearse alimentando un

altavoz con un oscilador sintonizado a esa frecuencia. También puede

interrumpirse un chorro de aire mediante una rueda dentada con 44 dientes

que gire a 10 revoluciones por segundo; este método se emplea en las sirenas.

Los sonidos de un altavoz y una sirena de la misma frecuencia tendrán un

timbre muy diferente, pero su tono será el mismo, equivalente al la situado

sobre el do central en un piano. El siguiente la del piano, la nota situada una

octava por encima, tiene una frecuencia de 880 Hz. Las notas situadas una y

dos octavas por debajo tienen frecuencias de 220 y 110 Hz respectivamente.

Por definición, una octava es el intervalo entre dos notas cuyas frecuencias

tienen una relación de uno a dos.

7

Una ley fundamental de la armonía afirma que dos notas separadas por una

octava producen una combinación eufónica cuando suenan simultáneamente.

Cuando el intervalo es de una quinta o de una tercera mayor, la combinación

es progresivamente menos eufónica. En física, un intervalo de una quinta

implica que la relación de las frecuencias de ambas notas es de tres a dos; en

una tercera mayor, la relación es de cinco a cuatro. La ley de la armonía afirma

que dos o más notas producen un sonido eufónico al sonar de forma

simultánea si la relación entre sus frecuencias corresponde a números enteros

pequeños; si las frecuencias no presentan dichas relaciones, se produce una

disonancia. En un instrumento de tonos fijos, como un piano, no es posible

establecer las notas de forma que todas estas relaciones sean exactas, por lo

que al afinarlo es necesario un cierto compromiso de acuerdo con el sistema de

tonos medios o escala temperada.

1.4. AMPLITUDLa amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las

moléculas de aire en la onda, que corresponde a la intensidad del

enrarecimiento y compresión que la acompañan. Cuanto mayor es la amplitud

de la onda, más intensamente golpean las moléculas el tímpano y más fuerte

es el sonido percibido. La amplitud de una onda de sonido puede expresarse

en unidades absolutas midiendo la distancia de desplazamiento de las

moléculas del aire, o la diferencia de presiones entre la compresión y el

enrarecimiento, o la energía transportada. Por ejemplo, la voz normal presenta

una potencia de sonido de aproximadamente una cienmilésima de vatio. Sin

embargo, todas esas medidas son muy difíciles de realizar, y la intensidad de

los sonidos suele expresarse comparándolos con un sonido patrón; en ese

caso, la intensidad se expresa en decibelios.

1.5. INTENSIDADLa distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad,

que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección

de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una

fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la

distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a

8

la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo,

en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más

intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la

propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades

físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la

amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la

ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la

intensidad del sonido.

1.6. TIMBRESi se toca el la situado sobre el do central en un violín, un piano y un

diapasón, con la misma intensidad en los tres casos, los sonidos son idénticos

en frecuencia y amplitud, pero muy diferentes en timbre. De las tres fuentes, el

diapasón es el que produce el tono más sencillo, que en este caso está

formado casi exclusivamente por vibraciones con frecuencias de 440 Hz.

Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia

de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo

interno del oído sin sufrir cambios. La componente principal de la nota

producida por el piano o el violín también tiene una frecuencia de 440 Hz. Sin

embargo, esas notas también contienen componentes con frecuencias que son

múltiplos exactos de 440 Hz, los llamados tonos secundarios, como 880, 1.320

o 1.760 Hz. Las intensidades concretas de esas otras componentes, los

llamados armónicos, determinan el timbre de la nota.

1.7. REFRACCIÓN, REFLEXIÓN E INTERFERENCIASEl sonido avanza en línea recta cuando se desplaza en un medio de

densidad uniforme. Sin embargo, igual que la luz, el sonido está sometido a la

refracción, es decir, la desviación de las ondas de sonido de su trayectoria

original. En las regiones polares, por ejemplo, donde el aire situado cerca del

suelo es más frío que el de las capas más altas, una onda de sonido

ascendente que entra en la región más caliente, donde el sonido avanza a más

velocidad, se desvía hacia abajo por la refracción. La excelente recepción del

sonido a favor del viento y la mala recepción en contra del viento también se

deben a la refracción. La velocidad del aire suele ser mayor en las alturas que

9

cerca del suelo; una onda de sonido ascendente que avanza a favor del viento

se desvía hacia el suelo, mientras que una onda similar que se mueve en

contra del viento se desvía hacia arriba, por encima de la persona que

escucha.

El sonido también se ve afectado por la reflexión, y cumple la ley fundamental

de que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Un eco es el

resultado de la reflexión del sonido. El sonar se basa en la reflexión de los

sonidos propagados en agua. Una bocina es un tubo cónico que forma un haz

de ondas de sonido reflejando algunos de los rayos divergentes en los lados

del tubo. Un tubo similar puede recoger ondas de sonido si se dirige el extremo

ancho hacia la fuente de sonido.

El sonido también experimenta difracción e interferencia. Si el sonido de una

única fuente llega a un oyente por dos trayectorias diferentes —por ejemplo,

una directa y otra reflejada—, los dos sonidos pueden reforzarse; sin embargo,

si no están en fase pueden interferir de forma que el sonido resultante sea

menos intenso que el sonido directo sin reflexión. Las trayectorias de

interferencia son distintas para sonidos de diferentes frecuencias, con lo que la

interferencia produce distorsión en sonidos complejos. Dos sonidos de distintas

frecuencias pueden combinarse para producir un tercer sonido cuya frecuencia

es igual a la suma o diferencia de las dos frecuencias originales.

Sensaciones de tono

Si se practica una audimetría a una persona joven normal, se comprueba que

su oído es sensible a todos los sonidos entre 15-20 hercios y 15.000-20.000

hercios. El oído de las personas mayores es menos agudo, sobre todo en las

frecuencias más elevadas. El oído es especialmente sensible en la gama que

va desde el la situado por encima del do central hasta en la que está cuatro

octavas por encima; en esa zona, una persona puede percibir un sonido

cientos de veces más débil que una octava por encima o dos octavas por

debajo. El grado en que un oído sensible puede distinguir entre dos notas

puras que difieran ligeramente en intensidad o frecuencia varía en los

diferentes rangos de intensidad y frecuencia de los tonos. En sonidos de

intensidad moderada situados en el rango de frecuencia para el que el oído es

más sensible (entre 1.000 y 2.000 Hz aproximadamente), es posible distinguir

una diferencia de intensidad de un 20% (1 decibelio, o dB) y una diferencia en

10

frecuencia de un 0,33% (alrededor de una vigésima de nota). En este mismo

rango, la diferencia entre el sonido más tenue que puede oírse y el sonido más

fuerte que puede distinguirse como tal sonido (los sonidos más fuertes se

`sienten', o perciben, como estímulos dolorosos) es de unos 120 decibelios:

una diferencia de intensidad de aproximadamente un billón de veces.

Todas estas pruebas de sensibilidad se refieren a tonos puros, como los

producidos por un oscilador electrónico. Incluso para esos tonos puros, el oído

es imperfecto. Dos notas con frecuencia idénticas pero una gran diferencia de

intensidad pueden aparentar una ligera diferencia de tono. Más importante

resulta la diferencia en las intensidades relativas aparentes en las distintas

frecuencias. A intensidades altas, el oído es aproximadamente igual de

sensible a la mayoría de las frecuencias, pero a bajas intensidades el oído es

mucho más sensible a las frecuencias medias que a las extremas. Por tanto, un

equipo de reproducción de sonido que funciona perfectamente parecerá no

reproducir las notas más graves y agudas si se reduce mucho la intensidad.

1.8. TRES TIPOS DE SONIDO IMPORTANTESEn la voz, la música y el ruido, es raro escuchar un tono puro. Una nota

musical contiene, además de la frecuencia fundamental, tonos más agudos que

son armónicos de la misma. La voz contiene una mezcla compleja de sonidos,

de los que algunos (pero no todos) guardan una relación armónica entre sí. El

ruido está formado por una mezcla de muchas frecuencias diferentes dentro de

un determinado rango; por tanto, puede compararse con la luz blanca, que se

compone de una mezcla de luces de los distintos colores. Los distintos ruidos

se distinguen por sus diferentes distribuciones de energía en los distintos

rangos de frecuencias.

Cuando se transmite al oído un tono musical que contiene determinados

armónicos del tono fundamental, pero carece de otros armónicos o del propio

tono fundamental, el oído forma diferentes `batidos' o pulsaciones cuya

frecuencia es la suma o la diferencia de los sonidos originales, con lo que

producen los armónicos que faltan o el tono fundamental que no figura en el

sonido original. Estas notas también son armónicos de la nota fundamental

original. Esta respuesta incorrecta del oído puede resultar útil. Por ejemplo, un

equipo reproductor de sonido sin un altavoz grande no puede producir sonidos

11

de tono más grave que el do situado dos octavas por debajo del do central; sin

embargo, el oído de una persona que escuche ese equipo puede proporcionar

la nota fundamental a partir de las frecuencias de batido de sus armónicos.

Otra imperfección del oído ante los sonidos ordinarios es la incapacidad de oír

notas de alta frecuencia cuando existen sonidos de baja frecuencia de

intensidad considerable. Este fenómeno se denomina enmascaramiento.

En general, para que se entienda el habla y se comprenda satisfactoriamente

un tema musical basta reproducir las frecuencias entre 250 y 3.000 Hz (el

rango de frecuencias de un teléfono normal), aunque algunos sonidos —como

la zeta— requieren frecuencias de hasta 6.000 Hz. Sin embargo, para que el

efecto sea natural hay que reproducir el rango que va aproximadamente de 100

a 10.000 Hz. Los sonidos generados por unos pocos instrumentos musicales

sólo pueden reproducirse con naturalidad con frecuencias algo más bajas, y

algunos ruidos necesitan frecuencias más altas.

1.9. LA VELOCIDAD DEL SONIDO.Cualquier persona que haya visto a cierta distancia cómo se dispara un

proyectil ha observado el fogonazo del arma antes de escuchar la detonación.

Ocurre algo similar al observar el relámpago de un rayo antes de oír el trueno.

Aunque tanto la luz como el sonido viajan a velocidades finitas, la velocidad de

la luz es tan grande en comparación con la del sonido que pueden

considerarse instantánea. La velocidad del sonido se puede medir directamente

determinando el tiempo que tardan las ondas en moverse a través de una

distancia conocida. En el aire, a 0ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331

m/s (1087 ft/s).

La velocidad de una onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia

de sus partículas. Los materiales más elásticos permiten mayores velocidades

de onda, mientras que los materiales más densos retardan el movimiento

ondulatoria. Las siguientes relaciones empíricas se basan en estas

proporcionalidades.

Para las ondas sonoras longitudinales en un alambre o varilla, la velocidad de

onda está dada por

12

donde Y es el módulo de Young para el sólido y p es su densidad. Esta relación

es válida sólo para varillas cuyos diámetros son pequeños en comparación con

las longitudes de las ondas sonoras longitudinales que se propagan a través de

ellas.

En un sólido extendido, la velocidad de la onda longitudinal es función del

módulo de corte S, el módulo de volumen B, y la intensidad p del medio. La

velocidad de la onda se puede calcular a partir de

Las ondas longitudinales transmitidas en un fluido tienen una velocidad que se

determina a partir de

donde B es módulo de volumen para el fluido y p es su densidad.

Para calcular la velocidad del sonido en un gas, el módulo de volumen está

dado por

donde y es la constante adiabática (y = 1.4 para el aire y los gases diatómicos)

y P es la presión del gas. Por lo tanto, la velocidad de las ondas longitudinales

en un gas, partiendo de la ecuación del fluido, está dada por

Pero para un gas ideal

Donde R = constante universal de los gases

T = temperatura absoluta del gas

M = masa molecular del gas

13

Sustituyendo la ecuación nos queda

Ejemplos.

 

2. VIBRACIÓN FORZADA Y RESONANCIA.Cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro, el

segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el original.

Por ejemplo, si un diapasón es golpeado con un martillo y luego se coloca su

base contra la cubierta de una mesa de madera, la intensidad del sonido se

incrementará repentinamente. Cuando se separa de la mesa el diapasón, la

intensidad disminuye a su nivel original. Las vibraciones de las partículas de la

mesa en contacto con el diapasón se llaman vibraciones forzadas.

14

Hemos visto que los cuerpos elásticos tienen ciertas frecuencias naturales de

vibración que son características del material y de las condiciones límite

(de frontera). Una cuerda tensa de una longitud definida puede producir

sonidos de frecuencias características. Un tubo abierto o cerrado también tiene

frecuencias naturales de vibración. Siempre que se aplican a un cuerpo una

serie de impulsos periódicos de una frecuencia casi igual a alguna de las

frecuencias naturales del cuerpo, éste se pone a vibrar con una amplitud

relativamente grande. Este fenómeno se conoce como resonancia o vibración

simpática.

Un ejemplo de resonancia es el caso de un niño sentado a un columpio. La

experiencia indica que la oscilación puede ser puesta en vibración con gran

amplitud por medio de una serie de pequeños empujones aplicados a intervalos

regulares. La resonancia se producirá únicamente cuando los empujones estén

en fase con la frecuencia natural de vibración del columpio. Una ligera variación

de los pulsos de entrada dará como resultado una vibración pequeña o incluso

ninguna.

El refuerzo del sonido por medio de la resonancia tiene múltiples aplicaciones,

así como también buen número de consecuencias desagradables. La

resonancia en una columna de aire en un tubo de órgano amplifica el débil

sonido de una vibración de un chorro de aire vibrante. Muchos instrumentos

musicales se diseñan con cavidades resonantes para producir una variedad de

sonidos. La resonancia eléctrica en los receptores de radio permite al oyente

percibir con claridad las señales débiles. Cuando se sintoniza la frecuencia de

la estación elegida, la señal se amplifica por resonancia eléctrica. En auditorios

mal diseñados o enormes salas de concierto, la música y las voces pueden

tener un sonido profundo que resulta desagradable al oído. Se sabe que los

puentes se destruyen debido a vibraciones simpáticas de gran amplitud

producidas por ráfagas de viento.

3. ONDAS SONORAS.Hemos definido el sonido como una onda mecánica longitudinal que se

propaga a través de un medio elástico. Éste es una definición amplia que no

impone restricciones a ninguna frecuencia del sonido. Los fisiólogos se

interesan principalmente en las ondas sonoras que son capaces de afectar el

15

sentido del oído. Por lo tanto, es conveniente dividir el espectro del sonido de

acuerdo con las siguientes definiciones.

Sonido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de

frecuencias de 20 a 20 000 Hz.

Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se

denominan infrasónicas.

Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se

llaman ultrasónicas.

Cuando se estudian los sonidos audibles, los fisiólogos usan los

términos, fuerza, tono y calidad (timbre) p’ara describir las sensaciones

producidas. Por desgracia, estos términos representan magnitudes sensoriales

y por lo tanto subjetivas. Lo que es volumen fuerte para una persona es

moderado para otra. Lo que alguien percibe como calidad, otro lo considera

inferior. Como siempre, los físicos deben trabajar con definiciones explícitas

medibles. Por lo tanto, el físico intenta correlacionar los efectos sensoriales con

las propiedades físicas de las ondas. Estas correlaciones se resumen en la

siguiente forma:

- Efectos sensoriales Propiedad física

- Intensidad acústica (Volumen) Intensidad

- Tono Frecuencia

- Timbre (Calidad) Forma de la onda

El significado de los términos de la izquierda puede variar considerablemente

de uno a otro individuo. Los términos de la derecha son medibles y objetivos.

Las ondas sonoras constituyen un flujo de energía a través de la materia. La

intensidad de una onda sonora específica es una medida de la razón a la cual

la energía se propaga a través de un cierto volumen espacial.

Un método conveniente para especificar la intensidad sonora es en términos de

la rapidez con que la energía se transfiere a través de la unidad de área normal

a la dirección de la propagación de la onda. Puesto que la rapidez a la cual

fluye la energía es la potencia de una onda, la intensidad puede relacionarse

con la potencia por unidad de área que pasa por un punto dado.

La intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a través

de la unidad de área normal a la dirección de la propagación.

16

La intensidad de una onda sonora es una

medida de la potencia transmitida por

unidad de área perpendicular a la dirección

de propagación de onda.

Las unidades para la intensidad resultan de

la relación de una unidad de potencia entre

una unidad de área. En unidades del SI, la

intensidad se expresa en W/m2, y ésa es la

unidad que emplearemos. Sin embargo, la

rapidez de flujo de energía en ondas

sonoras es pequeña, y en la industria se usa todavía ?W/cm2 en múltiples

aplicaciones. El factor de conversión es:

1 ?W/cm2 = 1 x 10-2 W/m2

Se puede demostrar por métodos similares a los utilizados para un resorte que

está vibrando, que la intensidad sonora varía en forma directa al cuadrado de la

frecuencia f y al cuadrado de la amplitud A de una determinada onda sonora.

Simbólicamente, la intensidad I está dada por:

I = 2?2f 2A2pv

Donde v es la velocidad del sonido en un medio de densidad p. El símbolo A en

la ecuación se refiere a la amplitud de la onda sonora y no a la unidad de área.

La intensidad I0 del sonido audible apenas perceptible es el orden de 10-12

W/m2. Esta intensidad, que se conoce como umbral de audición, ha sido

adoptado por expertos en acústica como la intensidad mínima para que un

sonido sea audible.

El umbral de audición representa el patrón de la intensidad mínima para que un

sonido sea audible. Su valor a una frecuencia de 1000 Hz es:

I0 = 1 x 10-2 W/m2 = 1 x 10-10 ?W/cm2

El intervalo de intensidades por arriba del cual el oído humano es sensible es

enorme. Abarca desde el umbral de audición I0 hasta una intensidad de 10-12

veces mayor. EL extremo superior representa el punto en el que la intensidad

es intolerable para el oído humano. La sensación se vuelve dolorosa y no sólo

auditiva.

17

El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio

puede registrar sin sentir dolor. Su valor es:

1p = 1 W/m2 = 100 ?W/cm2

En vista de la amplitud del intervalo de intensidades al que es sensible el oído,

es más conveniente establecer una escala logarítmica para las mediciones de

intensidades sonoras. Dicha escala se establece a partir de la siguiente regla.

Cuando la intensidad I, de un sonido es 10 veces mayor que la intensidad I2 de

otro, se dice que la relación de intensidades es de 1 bel (B).

O sea que, cuando se compara la intensidad de dos sonidos, nos referimos a la

diferencia entre niveles de intensidad dada por:

donde I, es la unidad de un sonido e I2 es la intensidad del otro.

Ejemplos

En la práctica, la unidad de 1 B es demasiado grande. Para obtener una unidad

más util, se define el decibel (dB) como un décimo del bel. Por lo tanto, la

respuesta al ejemplo también se puede expresar como 76.8 dB.

Usando la intensidad I0 como patrón de comparación para todas las

intensidades, es posible establecer una escala general para valorar cualquier

sonido. El nivel de intensidad en decibeles de cualquier sonido de intensidad I

puede calcularse a partir de la relación general.

donde I0 es la intensidad del umbral de audición (1 x 10-12 W/m2). El nivel de

intensidad para I0 es de cero decibeles.

18

En virtud de la notación logarítmica de los decibeles, el amplio intervalo de

intensidades a niveles de intensidad se reduce a un espectro de 0 a 120 dB.

Debemos recordar, sin embargo, que la escala no es lineal sino logarítmica. Un

sonido de 40 dB es mucho más que el doble de intensidad de un sonido de 20

dB. Un sonido es 100 veces más intenso que otro es tan sólo 20 dB mayor. En

la tabla aparecen varios ejemplos de los niveles de intensidad de sonidos

comunes.

4. TONO Y TIMBRE.El efecto de la intensidad en el oído humano se manifiesta en sí mismo

como volumen. En general, las ondas sonoras que son más intensas son

también de mayor volumen, pero el oído no es igualmente sensible a sonidos

de todas las frecuencias. Por lo tanto, un sonido de alta frecuencia puede ni

parecer tan alto como uno de menor frecuencia que tenga la misma intensidad.

La frecuencia de un sonido determina lo que el oído juzga como el tono del

sonido. Los músicos designan el tono por las letras que corresponden a las

notas de las teclas del piano. Por ejemplo, las notas do, re y fa se refieren a

19

tonos específicos, o frecuencias. Un disco de sirena, como el que

se muestra en la figura, puede utilizarse para demostrar cómo el tono queda

determinado por la frecuencia de un sonido. Una corriente de aire se envía

sobre una hilera de agujeros igualmente espaciados. Al variar la velocidad de

rotación del disco, el tono del sonido resultante se incrementa o decrece.

Demostración de la relación entre

tono y frecuencia.

Dos sonidos del mismo tono se

pueden distinguir fácilmente. Por

ejemplo, suponga que suena la

nota do (250 Hz) sucesivamente

en un piano, una flauta, una

trompeta y un violín. Aun cuando

cada sonido tiene el mismo tono, hay una marcada diferencia en el timbre. Se

dice que esta diferencia resulta una diferencia en la calidad o timbre del sonido.

En los instrumentos musicales, independientemente de la fuente de vibración,

generalmente se excitan en forma simultánea diversos modos de oscilación.

Por consiguiente, el sonido producido consiste no sólo en la fundamental, sino

también en varios sobretonos. La calidad de un sonido se determina por el

número y las intensidades relativas de los sobretonos presentes. La diferencia

en la calidad o timbre entre dos sonidos puede observarse en forma objetiva

analizando las complejas formas de onda que resultan de cada sonido. En

general, cuanto más compleja es la onda, mayor es el número de armónicas

que contribuyen a dicha complejidad.

5. INTERFERENCIA Y PULSACIONES.La interferencia también se presenta en el caso de las ondas sonoras

longitudinales y el principio de superposición también se les aplica a ellas. Un

ejemplo común de la interferencia en ondas sonoras se presenta cuando dos

diapasones (o cualquier otra fuente sonora de una sola frecuencia) cuyas

frecuencias difieren ligeramente, se golpean de manera simultánea. El sonido

que se produce varía en intensidad, alternando entre tonos fuertes y silencio

virtual. Estas pulsaciones regulares se conocen como pulsaciones. El efecto

20

vibrato que se obtiene en algunos órganos es producido por dos tubos

sintonizados a frecuencias ligeramente diferentes.

Para comprender el origen de las pulsaciones, examinemos la interferencia que

se establece entre ondas sonoras que producen de dos diapasones de

frecuencia ligeramente distinta. La superposición de ondas A y B ilustran el

origen de las pulsaciones. Los tonos fuertes se presentan cuando las ondas

interfieren constructivamente y los tonos suaves ocurren cuando las ondas

interfieren en forma destructiva. La observación y los cálculos demuestran que

las dos ondas interfieren constructivamente f – f’ veces por segundo. Así

podemos escribir

Número de pulsaciones por segundo = |f – f’|

Por ejemplo si dos diapasones de 256 y 259 Hz se golpean simultáneamente,

el sonido resultante pulsará tres veces por segundo.

6. EFECTO DOPPLER.Siempre que una fuente sonora se mueve en relación con un oyente, el tono

del sonido, como lo escucha el observador, puede no ser el mismo que el que

percibe cuando la fuente está en reposo. Por ejemplo, si uno está cerca de la

vía del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el

tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren está

detenido. A medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha

es más bajo que el normal. En forma similar, en las pistas de carreras, el

sonido de los automóviles que se acercan a la gradería es considerablemente

más alto en tono que el sonido de los autos que se alejan de la gradería.

21

Diagrama que muestra el origen de las pulsaciones. La onda C es una

superposición de ondas A y B.

El fenómeno no se restringe al movimiento de la fuente. Si la fuente de sonido

está fija, un oyente que se mueva hacia la fuente observará un aumento similar

en el tono. Un oyente que se aleja de la fuente de sonido escuchará un sonido

de menor tono. El cambio en la frecuencia del sonido que resulta del

movimiento relativo entre una fuente y un oyente se denomina efecto Doppler.

El efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una fuente

de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente.

El origen del efecto Doppler se puede demostrar gráficamente por medio de la

representación de las ondas periódicas emitidas por una fuente como círculos

concéntricos que se mueven en forma radial hacia fuera. La distancia entre

cualquier par de círculos representa la longitud de onda? del sonido que se

desplaza con una velocidad V. La frecuencia con que estas ondas golpean el

oído determina el tono de sonido escuchado.

Consideremos en primer lugar que la fuente se mueve a la derecha hacia un

observador A inmóvil. A medida que la fuente en movimiento emite ondas

sonoras, tiende a alcanzar las ondas que viajan en la misma dirección que ella.

Cada onda sucesiva se emite desde un punto más cercano al oyente que la

onda inmediata anterior. Esto da por resultado que la distancia entre las ondas

sucesivas, o la longitud de onda, sea menor que la normal. Una longitud de

onda más pequeña producen una frecuencia de ondas mayor, lo que aumenta

el tono del sonido escuchado por el oyente A. Mediante un razonamiento

similar se demuestra que un incremento en la longitud de las ondas que llegan

al oyente B hará que B escuche un sonido de menor frecuencia.

22

Representación gráfica de ondas sonoras emitidas desde una fuente fija.

Ilustración del efecto Doppler. Las ondas frente a una fuente en movimiento

están más cercanas entre sí que las ondas que se propagan detrás de la fuente

móvil.

Ahora podemos deducir una relación para predecir el cambio en la frecuencia

observada. Durante una vibración completa de la fuente estacionaria (un

tiempo igual al del periodo T), cada onda se moverá a lo largo de una distancia

de una longitud de onda. Esta distancia de una longitud de onda. Esta distancia

se presenta con?? y está dada por:

23

Cálculo de la magnitud de la longitud de onda del sonido que se emite desde

una fuente en movimiento. La velocidad de la fuente Vs se considera positiva

para velocidades de acercamiento y negativa para velocidades de alejamiento.

Donde V es la velocidad de sonido y fs es la frecuencia de la fuente. Si la

fuente se mueve a la derecha con una velocidad Vs, la nueva longitud de

onda?’ al frente de la fuente será:

?’ = VT - VsT = (V – Vs) T

Esta ecuación también se aplica para la longitud de onda a la izquierda de la

fuente en movimiento si seguimos la convención de que las velocidades al

aproximarse se consideran positivas, y las velocidades al alejarse se

consideran negativas. Por lo tanto, si calculamos?’ a la izquierda de la fuente

en movimiento, el valor negativo sería sustituido para Vs’ dando por resultado

una mayor longitud de onda.

La velocidad del sonido en un medio es función de las propiedades del medio y

no depende del movimiento de la fuente. Así, la frecuencia f0 escuchada por un

oyente inmóvil y proveniente de una fuente en movimiento de frecuencia fs’

está dada por:

donde V es la velocidad del sonido y Vs es la velocidad de la fuente. La

velocidad Vs se considera como positiva para velocidades de acercamiento y

negativa para velocidades de alejamiento.

24

CONCLUSIONES

Dentro de la física, el sonido es un fenómeno que se produce a partir de la

puesta en movimiento de ondas que son elásticas y que tienen la capacidad de

propagarse, expandiendo el alcance de ese movimiento, que es una vibración,

más allá de que sea audible o no. Esas ondas, al contacto con el aire,

producen un sonido que es captado por el cerebro, siempre teniendo como

intermediarios a los sentidos, como en este caso, el oído.

Nuestra voz es un perfecto ejempo de esto, ya que es una fuente de vibración y

que dicha vibración es producida por el movimiento de las cuerdas vocales,

que permiten de ese modo generar sonido. Además, también los humanos

somos capaces de generar sonido no sólo naturalmente sino también a partir

de aparatos electrónicos como los instrumentos musicales o de manera

artificial como por ejemplo si movemos en el aire un par de llaves.

El sonido se diferencia del ruido porque no produce un malestar o un daño,

sino que se mantiene en el nivel que no es perjudicial para el oído.

25

BIBLIOGRAFÍA

- http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema4/tema4.htm

- http://www.fisicanet.com.ar/fisica/sonido/ap02_ondas_sonoras.php

- http://www.profesorenlinea.cl/fisica/SonidoOndas.htm

- www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/rehabilitacion.../fisicas_del_sonido.pdf

- http://www.eumus.edu.uy/eme/ensenanza//acustica/apuntes/material-viejo/

fisica_r/

- http://www.importancia.org/sonido.php

- http://fido.palermo.edu/servicios_dyc/publicacionesdc/vista/

detalle_articulo.php?id_articulo=7512&id_libro=336

- https://elblogdemontagon.wordpress.com/2010/01/15/la-importancia-del-

sonido/

26

ANEXOS