física del sonido

R1 Myriam Guadalupe Del Río Partida

Medicina Física y Rehabilitación

FÍSICA DEL SONIDO

istoriaSonido

Indicó que el movimiento del aire se genera por una fuente, moviéndose hacia adelante para que las ondas sonoras inalteradas se propaguen hasta donde la perturbación en el aire sea sostenible.

http://www.electricalfacts.com/neca/science_sp/sound/history_sp.shtml

Aristóteles(384) a.C.

Época Clásica

Demostró que la frecuencia de ondas sonoras determina el tono.


Galileo Galilei(1564-1642) D.C.

Pisa

Lo hizo raspando un cincel en un plato de latón produciendo un chillido.

Relacionó el espacio de las ranuras inducido por el cincel al tono del chillido.

Fue el primero en determinar la velocidad del sonido en el aire.


Marin Marsenne(1640) D.C.

Francia

Midió el retorno de un eco.

Su determinación de la velocidad de sonido tuvo un error de menos del 10 %.

Experimento clásico en la radiación sónica.


Robert Boyle(1660) D.C.

Inglaterra

Reloj haciendo tic-tac al vacío, proporcionó la evidencia de que el aire es necesario, ya sea para la producción o para la transmisión del sonido.

Teoría matemática de la propagación de ondas.


Isaac Newton(1686) D.C.

Inglaterra

“Principia”

Postuló la interpretación del sonido como pulsos de presión transmitidos a través de partículas fluidas vecinas.

Varios pilotos intentaron volar aviones más rápidamente que la velocidad del sonido.


Capitán Chuck Yeager(1947) D.C.

Estados Unidos

Logró esta meta.

Relación entre la velocidad del sonido y la temperatura para establecer el récord histórico.

Voló a 293 m/s cuando impuso el récord. Dado que voló a una altitud de 12,000 m, la temperatura del aire era tan baja que la velocidad del sonido era 290 m/s.

SONIDO

Aguilar, E., & Plata, A. (2005). Física III. México, D.F.: Subgerencia de Libros de Texto y Consulta, FCE.

Onda sonora mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico.

Ondas Sonoras


Los fenómenos sonoros están relacionados con las vibraciones de la materia.

Ondas Sonoras


Acústica


Estudio del sonido y de los cuerpos

sonoros en general.

Producción de una Onda Sonora


Fuente mecánica

de vibración

Medio elástico

Onda Sonora

Producción de una Onda Sonora


Transmisión del Sonido


Diapasón

Disco metálico

Agua

Un diapasón, con un disco acoplado a su base, que se pone a vibrar en una superficie líquida.



Diapasón

Caja de Resonancia

Varilla de Madera

Un diapasón, vibrante en contacto con una varilla larga de madera.



Las ondas sonoras son longitudinales

Las puntas de un diapasón vibrante con MAS de un lado a otro.

Las ondas sonoras, ya sea que se propaguen en sólidos, líquidos o gases, son de carácter

longitudinal.

Por las colisiones con las moléculas del aire, cada

una envía ondas longitudinales a través de

la atmósfera.

Velocidad de Propagación de las Ondas Longitudinales




Aunque tanto la luz como el sonido viajan a velocidades finitas, la velocidad de la luz es tan grande en comparación que puede considerarse instantánea.

Le velocidad del sonido puede medirse directamente observando el tiempo requerido por las ondas para moverse a lo largo de una distancia conocida.

A 0ºC, el sonido viaja en el aire a una velocidad de 331 m/s.



La velocidad de la onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus partículas.

Los materiales más elásticos permiten mayores velocidades de onda, en tanto que materiales con mayor densidad retardan el movimiento de la misma.

Cálculo de la Velocidad del Sonido


Velocidad del

sonido

Velocidad de la Luz

La luz y el sonido se propagan con velocidades finitas.



V = V0 + 0.61 t

Este valor aumenta con la temperatura a razón de 0.61 m/s por cada ºC que ésta se eleva (0.61 m/s ºC):

La velocidad del sonido en el aire es igual a 331 m/s a 0ºC.

Ondas Sonoras Audibles


El sonido se transmite en todas direcciones en forma de ondas a través de los medios elásticos.

Se produce cuando un cuerpo es capaz de vibrar a frecuencias comprendidas entre 20 y 20 000 Hz.

“Gama de frecuencias del sonido audible”



El sonido se produce cuando un cuerpo vibra. Se propaga por medio de

ondas mecánicas longitudinales, ya que las

partículas vibran en la dirección de propagación

de la onda.



Mayor al límite audible

Menor al límite audible

ULT

RASÓ

NIC

AIN

FRASÓN

ICA

Cualidades del Sonido


Intensidad

Tono



Intensidad

La intensidad de un sonido expresa la cantidad de energía acústica que en un

segundo pasa a través de una superficie de un cm2, perpendicular a la dirección en la

cual se propaga la onda



Intensidad

Determina si un sonido es fuerte o débil

Depende de la amplitud de una onda

De la distancia que existe entre la fuente sonora y el oyente

Es mayor si la superficie que vibra también lo es



Intensidad Las unidades de intensidad sonora son:

Joules/s1 cm2

= wattcm2

J/s1 cm2

= wcm2



Intensidad

Intensidad 10-16 w/cm2

Nivel cero de la intensidad sonora



Intensidad

Intensidad 10-4 w/cm2

Umbral del dolor

Máxima intensidad audible



Intensidad

El intervalo de intensidades que el oído humano es capaz de percibir es muy grande, por eso se creó una escala logarítmica para medirlas, usando

como unidad el bel (B) y el decibel (dB)



Intensidad

Intensidad w/cm2 Nivel sonoro dB

Umbral de audición 10-16 w/cm2 0

Hojas arrugadas 10-14 w/cm2 20

Conversación a 1 m 10-12 w/cm2 40

Comercio ruidoso 10-10 w/cm2 60

Metro 10-6 w/cm2 100

Umbral del dolor 10-4 w/cm2 120



Tono

Depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo

emisor del sonido

A > frecuencia, el sonido es más alto o agudo; y a <

frecuencia, el sonido es más bajo o grave



Timbre

Le dan el timbre característico a un instrumento musical o a la voz

El tono fundamental siempre va acompañado de tonos armónicos llamados sobretonos

Esta cualidad permite identificar la fuente sonora, aunque distintos instrumentos produzcan sonidos con el mismo tono e intensidad



Timbre

Notas de Batido


N = f2 – f1

Cuando dos notas de tonos ligeramente distintos suenan al mismo tiempo, se escuchan batidos (o pulsaciones).

Notas de Batido


Efecto Doppler


Cambio de frecuencia de un sonido que resulta del

movimiento relativo entre la fuente y un oyente.

Efecto Doppler


Siempre que una fuente sonora se mueve en relación con un oyente, el tono del sonido, como aquél que lo escucha, puede no ser el mismo que el que se percibe cuando la fuente

sonora está en reposo.

Efecto Doppler


Efecto Doppler


El fenómeno no se restringe al movimiento de la fuente; si la fuente

del sonido está inmóvil, un oyente que se mueve hacia la fuente escuchará un

incremento similar en el tono. Si el oyente se aleja de la fuente sonora escuchará un sonido con un tono

menor.

Efecto Doppler


El efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la frecuencia de un sonido cuando hay un movimiento relativo de

la fuente y del oyente.

Efecto Doppler


Cuando se mueve la fuente sonora y se aproxima al oyente que está fijo se escucha una frecuencia mayor

f

v

f’

f V V - vf’ =

1

Efecto Doppler


Cuando la fuente sonora se mueve y se aleja del oyente que está fijo se escucha una frecuencia menor

f

v

f’

v

f V V + vf’ =

2

Efecto Doppler


Cuando el oyente se mueve y se acerca a la fuente sonora que está fija la frecuencia es mayor

f

v

f’

v

f (V+v) Vf’ =

3

Efecto Doppler


Cuando el oyente se mueve y se aleja de la fuente sonora que está fija se escucha una frecuencia menor

f

v

f’

v

f (V-v) Vf’ =

4

Efecto Doppler


Cuando tanto el oyente como la fuente sonora se mueven ya sea acercándose o alejándose entre sí

f

v

f’

v’

f (V+v’) V - vf’ =

5

Efecto Doppler


Ondas de Choque

Reflexión y Refracción del Sonido. Eco

Burbano, S., Burbano, E., & Gracia, C. (s.f.). Física General. Tébar.

Difracción

Reflexión

Refracción


Las ondas sonoras sufren una reflexión parcial al chocar con la superficie de un medio cualquiera de distinta densidad a la del medio en que se propagaban

Pérdida de energía vibrante y de amplitud

La intensidad del sonido se hace menor



Al reflejarse el sonido en un sólido, la energía de la onda reflejada es,

la misma que la incidente y la pérdida

de intensidad es la que corresponde al aumento de la

distancia.



Cuando la onda incidente y la reflejada impresionan el oído del

mismo observador con intermitencia suficiente para la

percepción de los dos sonidos, se produce el fenómeno llamado

ECO.



El intervalo de tiempo mínimo para que nuestro oído perciba dos sílabas

distintamente es 0.1 s

Velocidad del sonido a 20 º unos 340 m/s

El espacio que debe recorrer la onda en su ida y vuelta del oído al obstáculo es: s =

0.1 x 340 = 34 m

La distancia mínima entre el oído y la superficie reflectora debe ser alrededor

de 17 m para que se produzca eco




Fenómeno que afecta a la propagación del

sonido, y que consiste en la desviación que sufren las ondas en la dirección

de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro distinto.

Refracción

Difracción


Fenómeno que afecta a

la propagación del sonido

Se habla de difracción cuando el sonido se dispersa como consecuencia del

encuentro con obstáculos que no le son transparentes.

Difracción


Una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea

Una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo

atraviesa

Las longitudes de onda en el espectro audible están entre

1,7 cm y 17 mm

Se puede producir por dos motivos diferentes:

Difracción


• El efecto de la difracción es pequeño• La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz

Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda

• Los efectos de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura

Cuando el tamaño de la abertura es menor en comparación con la longitud de onda

La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la propia abertura y de la longitud de onda:

Reverberación

Fenómeno sonoro producido por la reflexión que consiste en una ligera

permanencia del sonido una vez que la fuente original ha dejado de emitirlo.

Gutiérrez, A. (2003). Sonido. México: Selector.

ReverberaciónAl emitir un sonido dentro de un recinto cerrado se

presenta este fenómeno, el cual consiste en la reflexión múltiple del sonido por las paredes, el piso y el techo que resulta en que se le

siga escuchando, aunque amortiguado durante cierto

tiempo.


Reverberación


Resonancia

Consiste en la amplificación de un sonido de determinada frecuencia de una fuente de energía sonora por la

acción de un cuerpo pasivo denominado “resonador” o “filtro”.

Menaldi, J. (2005). La voz normal. Buenos Aires: Panamericana.

Resonancia

Resonador

Dimensión

Forma

Grado de rigidez de las paredes

“Frecuencia natural de

resonancia”


ResonanciaSi un sonido proveniente de la fuente de energía posee tal frecuencia y se acopla al resonador

Este sonido será amplificado en una proporción indicada por la así llamada “curva de resonancia” del resonador


Resonancia

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133067

Capacidad de vibrar que tiene un objeto. Es la manera en la que la onda, audible o no, hace que las cosas vibren en mayor

proporción de lo normal.

Resonancia

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133067

La teoría de la resonancia dice que dos cuerpos idénticamente “afinados” vibrarán

aún tocando uno sólo de los dos.

Resonancia

http://www.acusticaweb.com/teoria-acustica/blog/teoracca/resonancia-y-reverberaci.html.

US en los diferentes mediosComportamiento de los ultrasonidos en los diferentes medios

Medio Velocidad (m/s)Aire 343

Grasa 1.478Agua 1.492Piel 1.519

Vaso sanguíneo 1.530Músculo 1.552Sangre 1.556

Cartílago 1.750Tendones 1.750

Hueso 3.445Aluminio 5.100

Rodríguez, M. (2014). Electroterapia en Fisioterapia. Madrid: Médica Panamericana.

Glosario


• Cambio de frecuencia del movimiento ondulatorio a causa del movimiento del emisor o del receptor

Efecto Doppler

• Sonido intenso resultante de la incidencia de una onda de choqueEstampido

sónico

• Onda en forma de cono descrita por un objeto en movimiento a velocidad supersónica a través de un fluido

Onda de choque

Glosario


• Resultado de vibraciones forzadas de un cuerpo cuando la frecuencia aplicada iguala a la frecuencia natural de un cuerpoResonancia

• Es lo que determina la diferencia entre un instrumento y otro y se debe al acompañamiento de las ondas fundamentales por ondas secundarias propias de cada uno

Timbre [calidad]

• Es lo que determina cuándo un sonido es grave o agudo; depende de la frecuencia

Tono [altura]

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