El SonidoEl Sonido

Santander Nieto Ramos, Santander Nieto Ramos, PhDPhD

Movimiento vibratorio. Las ondas.

Reconocimiento de movimientos vibratorios en fenómenos presentes en la vida cotidiana

El sonido. Producción del sonido.

Propagación del sonido. El sonido transporta energía. Velocidad de propagación del sonido.

Resolución de problemas relacionados con la velocidad de propagación del sonido.

Características del sonido. Intensidad. Tono. Timbre.

Reflexión del sonido.

Descripción del eco y la reverberación como fenómeno originados por la reflexión del sonido.

La contaminación acústica.

Experimentación de la medida de la velocidad del sonido en el aire.

Valorar la incidencia del sonido en la salud humana.

Contenido

Objetivos Objetivos TerminalesTerminales

Después de completar este taller los estudiantes estarán en la capacidad de:

Conocer el concepto de movimiento vibratorio y su relación con las ondas.Relacionar el sonido con un movimiento vibratorio y reconocer algunas fuentes sonoras.Definir reflexión del sonido como una propiedad características de los movimientos vibratorios.Relacionar la reflexión del sonido con fenómenos naturales como el eco o la reverberación.Observar el fenómeno de resonancia en un tubo de aire. Conocer las principales causas de la contaminación acústica y su incidencia en la salud humana.Aplicar hábitos que favorezcan el cuidado del oído. Reforzar con la experiencia la teoría de ondas en clase.Tomar contacto con los objetos físicos e instrumental asociado aprendiendo sus principios de funcionamiento y operación.Efectuar mediciones de velocidad del sonido y frecuencias de resonancia.

http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/MovOnd/index.htm

Actividad con el Internet

¿Que Sabemos sobre Ondas?

Movimiento Movimiento OndulatorioOndulatorio

Las ondas son perturbaciones que se Las ondas son perturbaciones que se propagan. Son las únicas que transportan propagan. Son las únicas que transportan energía sin transportar masa.energía sin transportar masa.

Ondas Longitudinales y transversalesOndas Longitudinales y transversales

Transversales:Transversales: Son aquellas donde la Son aquellas donde la velocidad de una partícula es perpendicular velocidad de una partícula es perpendicular a la velocidad de la onda.a la velocidad de la onda.

Longitudinales:Longitudinales: Son aquellas donde la Son aquellas donde la velocidad de una partícula es paralela a la velocidad de una partícula es paralela a la velocidad de la onda.velocidad de la onda.

Descripción de las Descripción de las OndasOndas

Longitud de onda: Es la distancia que Longitud de onda: Es la distancia que hay entre dos crestas consecutivashay entre dos crestas consecutivas

ContinuaciónContinuación Frecuencia: Es el número de oscilaciones Frecuencia: Es el número de oscilaciones

que en la unidad de tiempo.que en la unidad de tiempo.

ContinuaciónContinuación Periodo: Es el inverso de la frecuencia. Periodo: Es el inverso de la frecuencia.

Tiempo que tarda una partícula en Tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa.realizar una oscilación completa.

ContinuaciónContinuación Velocidad de la onda. Depende de la Velocidad de la onda. Depende de la

interacción de las partículas con el medio.interacción de las partículas con el medio.

fv

Características del Características del SonidoSonido

El Sonido puede propagarse a través de El Sonido puede propagarse a través de cualquier material, pero no se propaga cualquier material, pero no se propaga en el vacío.en el vacío.

La rapidez del sonido es diferente para La rapidez del sonido es diferente para los diferentes estado de la materia; es los diferentes estado de la materia; es mas lenta en los gases y mucha mas mas lenta en los gases y mucha mas rápida en los sólidos.rápida en los sólidos.

La rapidez del sonido depende de la La rapidez del sonido depende de la temperatura.temperatura.

Tabla de la rapidez del Tabla de la rapidez del SonidoSonido

MaterialMaterial Rapidez (m/s)Rapidez (m/s)

AireAire 343343

HidrogenoHidrogeno 13001300

HelioHelio 10051005

AguaAgua 14401440

Agua de marAgua de mar 15601560

HierroHierro 50005000

ConcretoConcreto 30003000

VidrioVidrio 45004500

EL SONIDO

Constantemente estamos rodeados de los más variados sonidos. ¿Te has planteado alguna vez el porqué del fenómeno sonoro?

Cuando un objeto se mueve, "empuja" las partículas de aire que tiene a su alrededor hasta formar ondas parecidas a las que produce la piedra que cae en el agua.

El oído, mediante un complejo proceso, convierte estas perturbaciones en impulsos nerviosos, que llegan a nuestro cerebro y generan una sensación auditiva.

sonido1

sonido1

Hear-ithttp://spanish.hear-it.org/page.dsp?page=356

FISIOLOGÍA DEL OÍDO

La función principal del oído es la de convertir las ondas sonoras en vibraciones que estimulan las células nerviosas, para ello el oído está compuesto por tres zonas con funciones bien diferenciadas.

El oído externoEs el encargado de captar dirigir las ondas sonoras, a través del orificio auditivo, hasta el tímpano.

El oído medioEn él, las vibraciones del tímpano se amplifican y transmiten hasta el oído interno, a través de unos huesecillos denominados martillo, yunque y estribo.

El oído internoAquí reside la cóclea o caracol, donde las vibraciones se convierten en impulsos nerviosos que el cerebro transforma en sensaciones auditivas.

Ver oído

LAS CUALIDADES DEL SONIDO

El sonido tiene cuatro cualidades básicas. Son las siguientes:

CUALIDADESCUALIDADES EFECTOSEFECTOS

AlturaAltura Grave/agudoGrave/agudo

IntensidadIntensidad Fuerte/débilFuerte/débil

DuraciónDuración Largo/cortoLargo/corto

TimbreTimbre Color del diseño Color del diseño

ALTURA O TONO

Está determinada por la velocidad de vibración del cuerpo. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Los humanos podemos percibir los sonidos comprendidos entre 20Hz y 20.000Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

 

Ver animación

INTENSIDAD

Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Este parámetro lo medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB).

DURACIÓN

Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

TIMBRE Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican.¿Eres capaz de distinguir el sonido de una trompeta y de una flauta?

Reflexión La reflexión es el fenómeno por el cual, éstas, al chocar con una superficie rígida, cambian de dirección, cumpliéndose siempre que el ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

La reflexión del sonido produce los siguientes efectos sonoros: eco, reverberación y resonancia.

Efectos sonoros

Es el fenómeno por el cual, debido a la reflexión de las ondas sonoras, nuestro oído puede percibir un sonido más de una vez. Para percibirlo necesitamos que entre la fuente del sonido y la superficie reflectora haya 17 metros o más.

http://usuarios.lycos.es/fisikito/Clases/ondas/Sonido.htm

El eco

Es el fenómeno por el cual los sonidos se prolongan un poco después de haber sido emitidos, como consecuencia de la superposición de ondas sonoras, incidente y reflejada. El tiempo que perdura se llama tiempo de reverberación. Vemos como llega el sonido directo y con reverberación (llegan múltiples reflexiones, que producen un efecto de alargamiento) puedes escuchar haciendo clic abajo.

Sonido directo

Sonido con reverberación

La reverberación

La resonancia Es el fenómeno por el cual el cuerpo entra en vibración ante la proximidad de la producción de un sonido de frecuencia igual a la que dicho cuerpo puede producir. El cuerpo que vibra por resonancia es el resonador.  El que inicia la vibración se llama excitador.

DifracciónEs el fenómeno mediante el cual las ondas sonoras, cuando encuentran en su camino una abertura de ancho igual o menor que la longitud de las ondas, éstas se propagan al otro lado de la abertura en todas direcciones.Esto explica porque en general, un obstáculo no impide el avance de una onda sonora.  La onda rodea los obstáculos, pues cada molécula del aire se comporta como una nueva fuente de sonido. Esto permite oír aunque no veamos la fuente sonora original. A esta propiedad de las ondas se le llama difracción.

Vemos una animación con un frente de onda atravesando una apertura

Aquí se ve con más detalle

Difracción. (Conti…)

En esta fotografía de una cuba de ondas se producen ondas en el agua y se hace atravesar por una rendija, observe como cambia de forma la onda (por la difracción)

Difracción. (Conti…)

Refracción

Es el fenómeno mediante el cual las ondas al pasar de un medio a otro, en el cual se propagan con distinta rapidez, cambian de dirección.

Aquí vemos una pulsación de una cuerda reflejándose, de igual forma se reflejan las ondas de sonido y en general las ondas.

La ondas al cambiar de medio cambian si dirección y esto es lo que se llama refracción

EL SONIDO Y LA MUSICAEL SONIDO Y LA MUSICA

11/04/23

• Tanto en las cuerdas como en los tubos Tanto en las cuerdas como en los tubos sonoros el sonido de menor frecuencia sonoros el sonido de menor frecuencia que puede emitirse se llama que puede emitirse se llama fundamentalfundamental y los demás se llaman y los demás se llaman armónicosarmónicos

• En una cuerda sólo podrá propagar En una cuerda sólo podrá propagar ondas en cuyos extremos aparezcan ondas en cuyos extremos aparezcan nodos de la onda estacionarianodos de la onda estacionaria

• En una misma cuerda sonora podemos En una misma cuerda sonora podemos obtener sonidos de frecuencia diversas, obtener sonidos de frecuencia diversas, pues ella podrá vibrar de diferente pues ella podrá vibrar de diferente manera formando siempre nodos en los manera formando siempre nodos en los dos extremosdos extremos

EL SONIDO Y LA EL SONIDO Y LA MUSICAMUSICA

11/04/23

• Si Si L es la longitud de la cuerda,L es la longitud de la cuerda, entonces las entonces las frecuencias del sonido emitido por las ondas estacionaria frecuencias del sonido emitido por las ondas estacionaria en cada uno de los tubos se obtiene por procedimientos en cada uno de los tubos se obtiene por procedimientos matemáticos complejos y corresponden a: matemáticos complejos y corresponden a:

• donde n es el número de vientres y v la velocidad del donde n es el número de vientres y v la velocidad del sonido emitido por la cuerdasonido emitido por la cuerda

• Para n = 1 (primer armónico ; frecuencia fundamental)Para n = 1 (primer armónico ; frecuencia fundamental)

• Para n = 2 (segundo armónico) Para n = 2 (segundo armónico)

• Para n = 3 (tercer armónico) Para n = 3 (tercer armónico)

, 1, 2,3,2

nvf con n

L

vf

L

2

vf

L

3

2

vf

L

EL SONIDO Y LA EL SONIDO Y LA MUSICAMUSICA

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• Las figuras muestran la formación de ondas estacionarias Las figuras muestran la formación de ondas estacionarias en tubos sonoros cerrados y abiertosen tubos sonoros cerrados y abiertos

• Al soplarlos por un extremo, el aire en su interior se pone Al soplarlos por un extremo, el aire en su interior se pone a vibrar, originando en su interior ondas estacionariasa vibrar, originando en su interior ondas estacionarias

• Se pueden determinar las frecuencias de los sonidos Se pueden determinar las frecuencias de los sonidos emitidos por los tubos, a partir de la longitud L, de estosemitidos por los tubos, a partir de la longitud L, de estos

EL SONIDO Y LA EL SONIDO Y LA MUSICAMUSICA• Para un tubo cerrado por un extremo, de Para un tubo cerrado por un extremo, de longitud L longitud L

• Al soplarlo por el otro extremo emite un sonidoAl soplarlo por el otro extremo emite un sonido

• En su interior se forman ondas estacionarias de tal forma que En su interior se forman ondas estacionarias de tal forma que siempre en el extremo cerrado se forma un nodo y un vientre en siempre en el extremo cerrado se forma un nodo y un vientre en el extremo abiertoel extremo abierto

• Para el primer tubo cerrado en un extremo, la frecuencia del Para el primer tubo cerrado en un extremo, la frecuencia del sonido emitido (frecuencia fundamental, primer armónico) sonido emitido (frecuencia fundamental, primer armónico) vale: vale:

• En general para los distintos armónicos, sus frecuencias se En general para los distintos armónicos, sus frecuencias se determinan a partir de: determinan a partir de:

(2 1) , 1,2,3,4

vf n con n

L

4

vf

L

EL SONIDO Y LA EL SONIDO Y LA MUSICAMUSICA

• Para un tubo de Para un tubo de longitud L longitud L abierto en ambos extremosabierto en ambos extremos

• Al soplarlo por un extremo se emitirá un sonido que Al soplarlo por un extremo se emitirá un sonido que dependerá del tipo de onda estacionaria que se forme en dependerá del tipo de onda estacionaria que se forme en su interiorsu interior

• En su interior se forman ondas estacionarias de tal En su interior se forman ondas estacionarias de tal manera que siempre en ambos extremos se forman manera que siempre en ambos extremos se forman vientresvientres

• En general para los sonidos emitidos por los tubos En general para los sonidos emitidos por los tubos abiertos, las frecuencias de los distintos armónicos, se abiertos, las frecuencias de los distintos armónicos, se determinan a partir de: determinan a partir de:

, 1, 2,3,2

nvf con n

L

Las flechas azules indican el flujo del aire durante la exhalación http://www.karaokebar.cl/cursocanto.doc

Aquí tienes un diagrama para que veas como esta formado tu instrumento vocal.

COMO SE PRODUCE NUESTRA VOZ

Nuestra VOZ es producida de una manera muy simple, es muy similar a como se genera un sonido en un instrumento de viento. La nota suena porque hay un flujo de airea través de un tubo, que equivaldría a nuestra "traquea", y luego se estrecha"cuerdas vocales".

EFECTOS NOCIVOS DEL RUIDO EN EL CUERPO HUMANO

El ruido actúa en nuestro cuerpo a través del oído. La exposición permanente a sonidos molestos nos produce diferentes efectos físicos y psicológicos. Ahora bien, cada persona presenta un límite

A bajos niveles de exposición, el ruido altera el descanso, nos desconcentra y dificulta la comunicación.

Esta situación provoca tal estado de nerviosismo permanente que conlleva un bajo rendimiento tanto en el estudio como en el trabajo manual.

Otros efectos observables son la aceleración del ritmo cardiaco, el aumento de la tensión muscular, la irritabilidad, la agresividad, etc.

Una exposición prolongada a niveles elevados de ruido nos puede producir una pérdida irreversible, parcial o total, de la audición.

¿QUÉ PODEMOS HACER?

•Limitar el tráfico en la ciudad. •Potenciar el uso del transporte colectivo y vehículosalternativos sin motor. •Hacer peatonales las calles del centro urbano. •Crear espacios verdes libres de ruidos. •Usar correctamente los reproductores personales de audio (auriculares) •Buscar alternativas al ocio nocturno, como el deporte, la lectura, el cine, etc. •Respetar los momentos destinados al descanso. •Construir viviendas insonorizadas. •Cumplir con las normas básicas de protección auditiva. De modo especial, el los trabajos expuestos a ruidos continuados

EL SONÓMETRO

•Con este dispositivo podemos medir objetivamente el nivel de presión sonora.

•Consta de un micrófono, un procesador y una pantalla para leer los datos.

•Este dispositivo responde ante el sonido de forma similar a nuestro oído. Analiza las frecuencias a las cuales es sensible el ser humano.

•Los resultados los expresa en decibeles "A" (dBA).

Ver animación2

Una onda transfiere energía sin que haya transporte de masa.

La ondas mecánicas necesitan de un medio para viajar, el sonido es una onda mecánica.

En una onda transversal las partículas del medio vibran perpendicular en la cual se mueve la onda.

En una onda longitudinal las partículas del medio vibran paralela con la dirección de la onda.

El sonido es una onda longitudinal.

Una onda sonora puede describirse por su frecuencia, longitud de onda, amplitud y su velocidad.

Las ondas sonoras en el aire constan de una serie de comprensiones y rarefacciones.

La velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los gases.

La cualidades del sonido son: Intensidad, tono y timbre.

Para un tubo abierto o cerrado, la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda.

Resumen

1. Paul W. Zitzewitz. Física. México: McGraw-Hill. 2003.

2. Paul E. Tippens. Física, conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill. 2001.

3. http://colos.fcu.um.es/ondas/cursoondas.htm

4.http://librosvarios.ifrance.com/comofunciona/comofunciona37.html

5.http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/MovOndulatorio.html

6. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/acustica/kundt/kundt.htm

7. http://www.ayto-malaga.es/cultura/ContaminaWebFinal

Referencias bibliográficas y base científica

GRACIAGRACIASS