Física y Química 2º ESO 7. Ondas. Luz y sonido. - 4 -

3. EL SONIDO.

¿En qué consiste el sonido?

Al golpear un diapasón, o un tambor, o al hablar, se produce sonido. ¿Qué hay en común en

las tres experiencias? En todas hemos producido una vibración (del metal del diapasón, de la

membrana del tambor, de las cuerdas vocales). Al vibrar, el diapasón empuja a las partículas del aire

(o del medio en que se encuentre), comprimiéndolo y expandiéndolo sucesivamente. Esta vibración

se transmite a través del medio. En eso consiste el sonido.

Pero para que la vibración que se transmite sea considerada sonido debe ser audible, es decir,

debe poder percibirla el oído humano. Y para que esto ocurra su frecuencia debe estar comprendida

entre los 20 Hz y los 20000 Hz.

El sonido es una vibración que se transmite por un medio y cuya frecuencia está comprendida entre 20 Hz y 20000 Hz.

PROPAGACIÓN DEL SONIDO:

Para pensar:

El sonido puede propagarse con mayor o menor intensidad por cualquier medio material. Sin embargo, no puede

propagarse por el vacío. ¿Por qué?

Velocidad de propagación del sonido

La onda sonora necesita un medio material para poder propagarse. Dependiendo del

medio, se propagará con mayor o menor rapidez. Incluso en un mismo medio, como el

aire, la velocidad de transmisión depende de la temperatura. En una cuerda, depende de

lo tensa que esté.

Reflexión del sonido: Eco y reverberación.

La reflexión ocurre cuando una onda (un sonido, en este caso) que se propaga por

un medio, se encuentra un obstáculo, como un pared. Las partículas de la pared

también vibran y producen un sonido igual que se transmite en sentido contrario

(parece como si el sonido "rebotara", pero no es así).

Reverberación: Cuando estamos en una habitación vacía, sin objetos que

absorban el sonido, este puede reflejarse en el techo, las paredes… Esto hace que

a nuestro oído puedan llegar varias veces los mismos sonidos (el “original” y las

reflexiones con las paredes de la habitación), pero no exactamente al mismo

tiempo, sino un poco retrasados unos respecto a otros. Esto se conoce como

reverberación. Puede resultar molesto en habitaciones grandes (decimos que la voz “retumba”)

Eco: Nuestro oído sólo puede distinguir dos sonidos como diferentes si los oímos separados al menos una décima de

segundo. En ese tiempo el sonido puede recorrer 34 metros en el aire. Si el obstáculo está situado a más de 17 m, cuando

el sonido reflejado llegue a nuestro oído, lo entenderá como un sonido diferente a nuestra voz. Decimos entonces que hay

eco.

CUALIDADES SONORAS: TONO, TIMBRE, SONORIDAD,

TONO:

El tono es la característica del sonido que nos

indica si éste es agudo (tono alto) o grave (tono bajo).

El tono está relacionado con la frecuencia del sonido.

- Si la frecuencia es alta, el sonido es agudo

- Si la frecuencia es baja, el sonido es grave.

Los sonidos graves pueden recorrer mayor

distancia sin perder intensidad.

Velocidad del sonido en distintos medios (20ºC) Aire 340 m/s Etanol 1200 m/s Agua 1498 m/s Vidrio 5170 m/s Aluminio 5000 m/s Hierro 5120 m/s

agudosonido gravesonido

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Ultrasonidos e infrasonidos:

Hemos visto que el oído humano es capaz de percibir sonidos comprendidos

entre 20 Hz y 20000 Hz de frecuencia.

Por debajo de la frecuencia mínima (infrasonidos), no somos capaces de oír las

vibraciones. Pueden producirse infrasonidos intensos por el viento, o en los

momentos previos a un terremoto. Si bien no los oímos, estas vibraciones pueden

afectar a órganos internos y a terminaciones nerviosas, lo que origina malestar e

irritabilidad. Los elefantes pueden comunicarse a largas distancias mediante

infrasonidos.

Por encima de 20 kHz se sitúan los ultrasonidos. Existen especies animales

(perros, murciélagos, delfines, por ejemplo) que son capaces de distinguir frecuencias

más elevadas que el hombre. Los ultrasonidos de muy alta frecuencia transmiten

mucha energía y pueden concentrarse en un punto con mucha facilidad, por lo que

son utilizados en comunicaciones, en medicina (para romper cálculos de riñón), etc.

También son usados en el sonar de los barcos; emiten ultrasonidos hacia el fondo

del mar y, al reflejarse, transmiten al barco información sobre el fondo.

TIMBRE:

Cuando escuchamos la misma nota musical (el mismo tono) emitida

por dos instrumentos musicales diferentes (un piano y un violín, por

ejemplo), suenan de forma distinta, y podemos distinguir a qué

instrumento pertenecen. Esto se debe a que todo instrumento musical, al

vibrar, produce muchas ondas al mismo tiempo, de múltiples frecuencias,

llamadas armónicos. La suma de todas ellas da una forma de la onda que

es característica de cada instrumento, o de cada voz humana. Esta forma

de la onda constituye el timbre del sonido.

SONORIDAD: Escala de decibelios (dB):

La sonoridad nos indica lo intenso que es el sonido.

Está relacionada con la amplitud de la onda sonora. A mayor amplitud, mayor

intensidad del sonido y mayor sonoridad.

Para medir la sonoridad se usa una unidad, el decibelio (dB), en honor a A.G. Bell, inventor del teléfono.

En la escala decibélica que aparece en la tabla, cada aumento de

10 decibelios supone un sonido 10 veces más intenso. Un

aumento de 20 decibelios será un sonido 100 veces más intenso, y

así.

Por debajo de 10 dB (umbral de audición), los sonidos son

demasiado débiles para poder ser oídos por la mayoría de las

personas.

Por encima de 80 dB (umbral de molestia) los sonidos pueden

producir molestias auditivas y, a la larga, enfermedades.

Por encima de 120 dB (umbral de dolor) se producen daños

directos al oído (rotura de tímpano, etc)

Fuente sonora Sonoridad (dB)

0

Respiración 10

Murmullo de hojas 20

Susurros a 5 m 30

Casa tranquila 40

Oficina tranquila 50

Voz humana a 1 m 60

Nivel máximo aconsejable 65

Tráfico intenso 70

Auriculares (volumen alto) 80

Discoteca 90

Ferrocarril 100

Compresor 120

Avión despegando 140

Umbral de audición

Umbral de molestia

Umbral de dolor

Dos sonidos del mismo tono pero distinta sonoridad

La misma nota producida por diferentes instrumentos.

Física y Química 2º ESO 7. Ondas. Luz y sonido. - 6 -

CONTAMINACIÓN SONORA. MEDIDAS PARA EVITARLA:

Está comprobado que el ruido afecta al oído y al sistema nervioso. Es causa de sordera, trastornos psicológicos,

irritabilidad, estrés, bajo rendimiento, dificultades para concentrarse y para dormir... cuando en una zona el nivel de

intensidad del ruido es tal que afecta a la salud, se habla de que padece contaminación sonora.

El tráfico, las obras, bares, discotecas… son focos de contaminación sonora. Una exposición continuada a un sonido

de intensidad superior a 80 dB produce daños a la salud. Existe una legislación sobre contaminación sonora que pretende

disminuir el efecto del ruido. Por ejemplo, el horario de cierre de locales de ocio, la insonorización de los mismos con

materiales absorbentes (no debe salir al exterior una intensidad mayor de 65 dB), regulación del nivel de vehículos, etc.

Medidas activas y pasivas contra el ruido.

Una medida es activa cuando hace que se produzca menos ruido.

Una medida es pasiva cuando no impide que el ruido se produzca, pero impide que resulte molesto.

Ejercicio 3.1:

a) Un diapasón vibra realizando 200 oscilaciones en 15 segundos. ¿Producirá un sonido? Razona.

b) Si te sitúas 10 m por delante de un muro y das una palmada ¿podrás escuchar el eco producido? ¿Por qué?

c) “Un sonido grave siempre es menos intenso que uno agudo”. ¿Verdadero o falso? ¿Por qué?

d) ¿Qué cualidad sonora nos permite distinguir la voz de cada persona?

e) ¿A partir de qué nivel de intensidad es molesto un ruido? ¿Y a partir de qué nivel produce daños?

f) ¿Será molesto un sonido de 90 Hz? Razona (pista: fíjate bien en las unidades que te dan).

Ejercicio 3.2 : Clasifica razonadamente las siguientes medidas en activas o pasivas.

a) Poner ventanas de doble cristal (foto 3) e) Ponerse cascos en trabajos con mucho ruido.

b) Limitar el tráfico cerca de los hospitales f) Pantallas acústicas en las carreteras (foto 1).

c) Bajar el volumen de la televisión y altavoces. g) Poner aislamiento acústico en las paredes.

d) Usar un coche eléctrico.

¿CÓMO FUNCIONA EL OÍDO? ESTRUCTURA DEL OÍDO

Oído externo:

Pabellón auricular (oreja)

conducto auditivo externo

Tímpano.

Oído medio:

Cadena de huesecillos:

Martillo

Yunque

Estribo

Oído interno:

Cóclea (caracol)

Nervio auditivo.

La forma de la oreja hace que el sonido se concentre en el canal auditivo externo, haciendo vibrar el tímpano. La

cadena de huesecillos del oído medio amplifica y transmite la vibración hasta el caracol, en cuyo interior, unas

terminaciones nerviosas muy sensibles transforman la vibración en un impulso nervioso que viaja hasta el cerebro.

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4. LA LUZ Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.

¿QUÉ ES LA LUZ?

Hemos visto que la luz es una forma de radiación, de transmisión de energía, pero, ¿cómo se produce la luz? Pues por

la vibración de las partículas con carga eléctrica que componen la materia. Esa vibración se transmite a través del campo

electromagnético que impregna el espacio.

La luz es una onda electromagnética que transmite energía en forma de radiación.

Las ondas electromagnéticas. El espectro electromagnético

La luz visible es una más de las diferentes ondas electromagnéticas, entre las que se encuentran las ondas de radio,

las microondas o los rayos X. Sólo se diferencian en su frecuencia, y en el hecho de que puedan ser captadas por el ojo, o

no.

Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia (f), formando lo que se denomina espectro

electromagnético. Una mayor frecuencia de la onda, también significa una mayor energía.

Propagación de la luz:

- Dado que es una onda electromagnética, no necesita un medio material

para propagarse. Puede transmitirse por el vacío o por medios

materiales transparentes. De hecho, la luz del Sol llega a la Tierra a

través del vacío.

- Se propaga en línea recta, dando lugar a sombras y penumbras cuando se

interpone un objeto en su trayectoria.

Si el foco de luz es puntual, se producirá una sombra nítida.

Si el foco de luz tiene cierta extensión, dará lugar a zonas donde

no llegue nada de luz (sombra) y otras zonas donde llegue algo

de luz (penumbra, el objeto tapa parte del foco de luz, no todo)

Radiación

Mayo

r F

recu

en

cia

Mayo

r en

ergía

Rayos gamma ( )

Rayos X

Rayos UV

Luz visible

Infrarrojo

Microondas

Ondas de radio, TV, Telefonía

Ruido eléctrico

Violeta

Azul

Verde

Amarillo

Naranja

Rojo

Con un prisma podemos descomponer la luz blanca en las distinta ondas que la

componen

Las gotas de agua que quedan suspendidas en el aire tras una tormenta también descomponen la luz, como un prisma,

formando el arco iris.

Física y Química 2º ESO 7. Ondas. Luz y sonido. - 8 -

Esto es lo que ocurre en los eclipses de Sol y de Luna.

REFLEXIÓN, REFRACCIÓN Y ABSORCIÓN DE LA LUZ:

Cuando la luz se propaga por un medio y se encuentra con otro (incide sobre un objeto), pueden darse tres fenómenos:

REFLEXIÓN:

Parte de la energía de la luz incidente vuelve a transmitirse por el mismo medio inicial.

Se produce una onda reflejada, que tiene las mismas características que la onda

incidente. El ángulo que forma la dirección con la perpendicular (normal) a la frontera

es igual al de la onda incidente. El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el

mismo plano.

Reflexión Nítida (especular): Se da cuando la superficie es totalmente plana

(pulimentada). Entonces, rayos que lleguen paralelos producirán rayos reflejados

también paralelos. (Ejemplo: espejo)

Reflexión Difusa: Se da cuando la superficie es rugosa. Los rayos que llegan paralelos

salen reflejados en todas direcciones. (ejemplo: superficie blanca). Esta reflexión difusa

es la que hace que podamos ver a los cuerpos desde cualquier lado.

Espejos:

Un espejo consta de un medio que refleja de forma nítida toda la luz que incide sobre él.

Espejo plano: Si la superficie del espejo es plana, los rayos se reflejarán de la misma

forma que han incidido, y formarán una imagen igual al objeto que se refleja.

Espejos curvos:

Espejo cóncavo: Curvado hacia dentro. Concentra los rayos que llegan

paralelos, en un punto llamado Foco.

Puede producir imágenes

- Derechas y más grandes si el objeto está muy cerca. (espejo de maquillaje)

- Invertidas y más pequeñas si el objeto está lejos (telescopios)

Espejo convexo: Curvado hacia fuera. Separa los rayos que llegan paralelos.

Produce siempre imágenes derechas y más pequeñas, pero con un mayor

campo de visión (retrovisores exteriores de los coches, espejos que se ponen

en las esquinas y en los supermercados).

Eclipse parcial de Sol Eclipse total de Sol Eclipse de Luna

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REFRACCIÓN:

La luz puede pasar de un medio transparente a otro. Debido a que en el nuevo

medio se propaga a distinta velocidad, la onda desvía su dirección. Esto se conoce

como refracción.

Esto es lo que ocurre cuando un rayo de luz pasa del agua al aire, o viceversa. La

dirección del rayo de luz cambia, y por eso nos parece torcido un lápiz metido en el

agua, o vemos el fondo de la piscina más cerca de lo que realmente está.

Lentes:

Las lentes son sistemas ópticos que, gracias a su forma curvada y al medio transparente del que están hechas (vidrio o

plástico), desvían los rayos de luz, haciéndolos coincidir en un punto o separarse: Tendremos:

- Lentes convergentes: Los rayos de luz, al pasar por la lente, convergen (se juntan). Estas lentes son más gruesas por el

centro que por los extremos. Los rayos que llegan paralelos se juntan en un punto llamado Foco. Pueden producir

imágenes: - derechas y más grandes si el objeto está muy cerca. (lupa)

- invertidas (más grandes o más pequeñas según lo lejos que esté el objeto (proyector, cámara de fotos).

- Lentes divergentes: Los rayos de luz, al pasar por la

lente, divergen (se separan). Son más gruesas por los

extremos que por el centro. También existe un punto,

llamado punto focal, del que parece que salen los rayos

que se separan. Produce siempre imágenes derechas y

más pequeñas, pero con un mayor campo de visión

(mirilla de las puertas).

Con combinaciones de lentes convergentes, divergentes y/o espejos se construyen instrumentos ópticos como el

microscopio, el telescopio, el proyector, la cámara de fotos, etc.

ABSORCIÓN DE LA LUZ. EL COLOR DE LOS OBJETOS.

Cuando la luz incide sobre un objeto, parte de la energía de

esa luz es absorbida por el objeto. El resto es reflejada, si el

cuerpo es opaco, o refractada si es transparente.

En cuanto a la luz visible, la absorción y la reflexión son

responsables del color de los objetos.

Lo que entendemos por luz blanca es en realidad una mezcla

de todos los colores que componen la luz visible (el arco iris).

De hecho, podemos conseguir luz de cualquier color

mezclando sólo tres colores de luz primarios: rojo, verde y

azul.

La mezcla de dos colores primarios produce los colores secundarios:

Cian: Verde + Azul Magenta: Rojo + Azul Amarillo: Rojo + Verde

La mezcla de los tres colores primarios produce el blanco.

Un objeto se verá de un color u otro según absorba o refleje unos tipos de luz u otros.

- Blanco cuando no absorbe ningún color, refleja toda la luz que recibe.

- Negro cuando absorbe toda la luz que recibe, no refleja nada (o muy poco)

- Rojo (o verde, o azul), si absorbe todos los colores menos el rojo (verde, azul), que es reflejado.

Lente convergente Lente divergente

Física y Química 2º ESO 7. Ondas. Luz y sonido. - 10 -

EL OJO. DEFECTOS DE LA VISIÓN.

El ojo funciona como un sistema compuesto de dos lentes

convergentes (la córnea y el cristalino) y varios medios líquidos (el

humor acuoso y el humor vítreo), que hacen converger los rayos de

luz que entran por la pupila en una zona de la retina conocida como

fóvea o mancha amarilla. Allí, una serie de células especializadas

(bastones, que captan el claroscuro, y conos, que captan el color)

envían la información al cerebro a través del nervio óptico.

El ojo consigue enfocar la imagen cambiando la forma del

cristalino (abombándolo o estirándolo), modificando de este modo su

distancia focal.

Defectos de la visión:

Un ojo normal consigue enfocar correctamente (hacer converger los rayos de luz

para formar la imagen sobre la retina). Si por un defecto de la anatomía del ojo,

éste enfoca los rayos de luz detrás o delante de la retina, la visión se vuelve

borrosa.

Si enfoca detrás de la retina, se habla de hipermetropía. Se corrige

usando una lente convergente, como indica la figura.

Si enfoca por delante de la retina, se habla de miopía. Se corrige usando

lentes divergentes.

El astigmatismo consiste en un defecto en la esfericidad del cristalino, lo

que hace que el enfoque varíe según la dirección en la que llegan los rayos. De

este modo los rayos convergen en puntos distintos, haciendo la imagen borrosa.

Ejercicio 4.1:

a) Ordena las siguientes ondas electromagnéticas por orden de menor a mayor energía.

rayos X , microondas, luz roja , rayos UV, rayos gamma, luz verde, infrarrojos.

b) Dibuja el diagrama de rayos para un eclipse de Sol y para un eclipse de Luna, indicando las zonas de sombra y

de penumbra.

Ejercicio 4.2:

a) Luis quiere encender fuego, pero no dispone de mechero ni cerillas. Sólo tiene una caja con lentes y espejos.

Explica qué tipo de lentes (convergente o divergente) o de espejos (cóncavo o convexo) debe usar para

conseguirlo, dibujando el esquema de rayos.

b) Indica qué tipo de lente (convergente o divergente) o de espejo (cóncavo o convexo) se usa para: Lupa,

Cámara de fotos, Mirilla de puerta, Retrovisor exterior de coche, Maquillaje, Proyector, Vigilancia en

supermercado. (Tienes la información necesaria en los apuntes)

Ejercicio 4.3:

a) Al iluminar un objeto con luz blanca, se ve de color rojo. Explica cómo se verá al iluminarlo con luz:

verde amarilla magenta cian

(Pista: No es tan evidente. Si se ve rojo, es porque absorbe todos los colores menos el rojo, que es el que

refleja. Piensa qué mezcla de colores primarios tiene cada una de las luces que te dice el enunciado)

b) ¿En qué consiste la miopía? ¿Y la hipermetropía? ¿Cómo se corrige cada una?

Miopía Hipermetropía