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Ondas sonoras

abril 23, 2020
profesor-de-fisica - fsica experimental 1024x640
  1. ¿Qué es una onda de sonido?
  2. Los diferentes tipos de ondas sonoras.
  3. Ondas de sonido audibles
  4. Infrasonido
  5. Ultrasonido
  6. Propagación
  7. Velocidad
  8. Velocidad en diferentes sustancias.
  9. Velocidad del sonido en el aire a diferentes temperaturas.
  10. Producción de una onda sonora.
  11. Es puro y complejo
  12. Transmisión, reflexión, absorción de una onda sonora.

¿Qué es una onda de sonido?

Definición: es una onda mecánica periódica que propaga una sobrepresión (una presión superior a la presión «normal») en un medio material (un gas, un líquido o un sólido)

Se comprime una capa de material de sobrepresión, que se acompaña de una reducción en su volumen (sin embargo, esta reducción es mayor para un gas que para un sólido o un líquido). Al relajar y encontrar su presión, así como su volumen inicial, la capa de material comprime a su vecino, que a su vez relaja y transmite la sobrepresión a su vecino, etc., es este mecanismo el que permite que la ola sonido para difundir.

Los diferentes tipos de ondas sonoras.

Dependiendo de su frecuencia, las ondas de sonido se pueden clasificar en tres categorías: audible, infrasonido y ultrasonido

Ondas de sonido audibles

Por definición, corresponden a los sonidos que el sistema auditivo humano puede detectar, estas son las ondas cuya frecuencia se incluye en un intervalo que va de 20 Hz a 20 kHz.

Estos límites (20 Hz y 20 kHz) son solo valores de referencia porque cada persona tiene sus propias habilidades auditivas y tienden a cambiar con la edad. Las frecuencias altas (cerca de 20 kHz) a menudo son mejor percibidas por los jóvenes que por los adultos. Además, la frecuencia de una onda de sonido está vinculada a la «altura» del sonido percibido:

  • parece aún más grave que la frecuencia es baja
  • parece tanto más agudo que la frecuencia es alta

Las notas de cada escala están asociadas con un valor de frecuencia propio.

La voz humana produce sonidos cuya frecuencia es aproximadamente entre 100 y 500 Hz, pero una voz cantada permite ir más allá de estos valores: una voz de bajo puede alcanzar frecuencias del orden de 70 Hz mientras una soprano puede exceder 1000 Hz Observaciones

  • Los sonidos audibles tienen un período entre 5.0.10-5 sy 5.0.10-2 s.
  • Los sonidos audibles tienen en el aire, a una temperatura de 20 ° C y bajo la presión de una atmósfera, una longitud de onda entre 17 cm y 17 m.

Infrasonido

Definición: el infrasonido es una onda de sonido con una frecuencia demasiado baja para ser detectada por el sistema auditivo humano.

En consecuencia, consideramos que el infrasonido son sonidos inaudibles cuyo La frecuencia es inferior a 20 Hz. Hay animales como ballenas, jirafas o incluso elefantes que pueden escuchar parte del infrasonido. Nota Por lo tanto, el infrasonido también se caracteriza por:

  • un período superior a 5.0.10-2 s
  • una longitud de onda en el aire (con T = 20 ° C y P = 1 atm) mayor de 17 metros

Ultrasonido

Definición: el ultrasonido es una onda de sonido con una frecuencia demasiado alta para que el sistema auditivo humano la detecte.

El ultrasonido es, por lo tanto, sonidos inaudibles cuya la frecuencia es mayor que 20 kHz Algunas especies pueden percibir parte del ultrasonido, como perros, gatos o delfines. Nota

Por lo tanto, el ultrasonido también se distingue por:

  • un período de menos de 5.0.105 5 s
  • una longitud de onda en el aire (con T = 20 ° C y P = 1 atm) menos de 17 centímetros

Propagación

Por definición, una onda de sonido solo puede propagarse en un medio material, ya que la presión es una cantidad física vinculada a la materia. Por lo tanto, el sonido no puede existir en el vacío (¡las películas de ciencia ficción que acompañan a las explosiones espaciales de detonación le mienten!)

Velocidad

La velocidad de una onda de sonido depende del medio en el que se propaga, en términos generales, cuanto mayor es la compresibilidad del medio y mayor es su densidad.

El estado gaseoso es el menos denso y más compresible, por lo tanto, la velocidad de las ondas sonoras es menor allí que en sólidos y líquidos. El estado sólido es generalmente más denso y menos elástico que el estado líquido, por lo tanto, la propagación es más rápida. En general, podemos recordar los sonidos: cgas <cliquido <csolido En el aire, a temperatura ambiente (20 ° C) y bajo presión atmosférica, la velocidad de propagación del sonido es aproximadamente: 340 m / so unos 1220 km / h La densidad de un gas está estrechamente relacionada con la presión y la temperatura, por lo tanto, la velocidad de propagación depende de estos parámetros:

  • En un gas comprimido, donde la presión y la densidad son más altas, la velocidad también es más alta.
  • Por el contrario, en un gas que se ha expandido, la densidad es menor, al igual que la velocidad.
  • Cuando la temperatura de un gas aumenta, su densidad disminuye, por lo tanto, la velocidad del sonido también disminuye.
  • Cuando la temperatura de un gas disminuye, la densidad aumenta y la velocidad aumenta.
  • Como la presión atmosférica disminuye con la altitud, la velocidad del sonido en el aire también disminuye con la altitud.

Nota La longitud de onda depende de la velocidad (como lo muestra la relación λ = c / f) por lo tanto, cualquier parámetro que afecte a la velocidad también cambia la longitud de onda. Por lo tanto, la longitud de onda de una onda de frecuencia dada en el aire depende de la presión atmosférica, la temperatura y la altitud.

Velocidad en diferentes sustancias.

Velocidad del sonido en el aire a diferentes temperaturas

 

Bajo una presión atmosférica de 1 atm (101325 Pa)

Producción de una onda sonora.

Una onda de sonido solo se puede obtener de una fuente mecánica vibratoria que produce sobrepresiones periódicas, puede ser:

  • cuerdas vocales
  • cuerdas de guitarra
  • el diafragma de un altavoz o auricular
  • cualquier superficie capaz de vibrar bajo el efecto de un choque (mesa, piso, tambor, xilófono …)

Las características de la onda de sonido producida dependen de las de la fuente:

  • la frecuencia es la misma que la frecuencia de vibración de la fuente
  • La amplitud de las sobrepresiones (y, por lo tanto, la intensidad del sonido) depende de la amplitud de las vibraciones de la fuente.

Nota En el caso de las cuerdas, la frecuencia de vibración está directamente relacionada con la longitud de la cuerda.

Es puro y complejo

Así como una luz puede ser policromática y consistir en ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias, un sonido también puede consistir en ondas sonoras de diferentes frecuencias, en este caso se dice que es «complejo». Se dice que un sonido compuesto de ondas sonoras de la misma frecuencia es «puro».

Transmisión, reflexión, absorción de una onda sonora.

Al igual que la luz, cuando un sonido alcanza la superficie de separación de dos medios materiales, puede sufrir:

  • una transmisión que quiere decir que continúa extendiéndose en el segundo medio
  • un reflejo, luego se devuelve al entorno de donde proviene
  • una absorción, el segundo medio puede absorberlo y convertirlo en otra forma de energía

En la práctica, los tres fenómenos a menudo coexisten, se transmite parte de la onda, se refleja parte mientras se absorbe la última parte. Nota Hay un cuarto fenómeno posible que es la difracción de onda (visto en la terminal S)

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