IntroducciónEn nuestra vida estamos en contacto permanente con gran cantidad de fenómenos ondulatorios.El movimiento de las olas en la superficie del mar, fenómenos de propagación del sonido, las

ondas de radio, televisión, y otros tantos que son comunes a nuestra vida cotidiana, constituyenfenómenos ondulatorios.

También veremos en mecánica cuántica que los "elementos constituyentes" de la materia, puedeninterpretarse como si fuesen ondas o partículas, dependiendo del fenómeno que se desee explicar ointerpretar.

¿Qué es una onda?" Se denomina onda a la transmisión de una perturbación de un punto a otro del espacio sin

que exista transporte neto de materia entre ambos, transportando solamente energía. "Un ejemplo que tiende a aclarar este concepto, lo podemos observar en la clásica "ola" que se

produce por parte de los espectadores de un estadio, cuando son excitados por un buen desempeñode sus jugadores en el campo de juego.

Este fenómeno conocido por todos, no se produce porque un espectador salga corriendo por lasdiferentes tribunas que conforman el estadio; sino que, si bien el medio no es continuo, lo que haceel espectador, es modificar su posición vertical respecto a su asiento. Lo que se perturba (modifica)es la posición del espectador y el efecto se transmite de espectador en espectador por el estadio.

Con este ejemplo, se pretende dejar claro el concepto de que no existe desplazamiento de materiaen la transmisión de la ola, sino que lo que se traslada, es la perturbación que va pasando deespectador en espectador.

ONDAS Y SONIDO

BIBLIOGRAFÍA: FÍSICA POLIMODALEDITORIAL: STELLA (J.M. Mautino)

~ ,:=1== -+I I

JO N D A SIAl realizar un estudio sobre ondas será importante conocer:

ClF ¿Qué son?ClF ¿Cómo se producen?ClF ¿Cómo se propagan?ClF ¿Cuáles son sus principales propiedades?ClF ¿Cómo interactúan unas con otras cuando llegan

a un mismo punto?

I!

simultáneamente

Para comenzar diremos que:

Una onda es cualquier perturbación a partir de un estado de equilibrio que

se propaga con el tiempo; de una región del espacio a otra.

Por ej: un sonido es transportado por una onda que se propaga en la atmósfera desde el foco emisor

hasta el receptor.

Las ondas más fáciles de comprender son las ONDAS MECÁNICAS, en las cuales la energía se

propaga a través de cierto medio material cuando éste se separa de un estado de equilibrio.

Imaginemos un medio formado por un gran número de partículas, unidas o acopladas cada una de

ellas a sus vecinas por un material elástico. Si se perturba o se desplaza de algún modo un extremo

del medio, éste desplazamiento no tiene lugar inmediatamente en todas las demás partes del mismo.

El desplazamiento inicial da origen a una fuerza elástica en el material contiguo a él. Después se

desplaza la siguiente partícula, a continuación la siguiente a ésta y así sucesivamente.

En otras palabras la energía ,se desplaza o sea se propaga a lo largo del medio con una velocidad

determinada.

Por ejemplo, si el medio es un resorte o incluso un hilo tenso y se le da al extremo de la izquierda un

pequeño desplazamiento en dirección perpendicular al medio, este desplazamiento transversal se

producirá en intervalos sucesivos de tiempo en cada espira del resorte, dando lugar a la propagación

de un pulso transversal a lo largo de éste.

En conclusión, si suponemos que un medio es obligado a vibrar periódicamente, EL TREN

CONTINUO DE PERTURBACIONES RESULTANTES 1:\1U E SE

PROPAGA (CON UNA VELOCIDAD DEPENDIENTE DE LAS PROPIEDADES DEL

MEDID), SE DENOMINACDNDA~

Para fijar ideas imaginemos que uno de los extremos de una cuerda tensa es obligado a vibrar

periódicamente en dirección transversal. A lo largo de la cuerda avanza un TREN CONTINUO ºJ~

Es importante distinguir 2 movimientos:

../ ~LmSlVi!1l1ºlltQ_dclªJ..9rnJª.-ºº-~Q_I!º-ª que avanza con velocidad constante a lo largo de la

cuerda (movimiento de la energía)

../ :__~LJnºy.imiºDto d9_@Eh!. una de; EliDj!!:HS:l!Lª:'l que vibra, el cual es ARMONICO SIMPLE

( va y viene en periodos iguales)

Propagación de un pulso

-0JA_. -Un pulso avanza hacia un

objeto A que flota en el agua.

¡El objeto A, al ser alcanzadopor el pulso, desciende en ellugar donde se encuentra.

El pulso sigue su avance y elobjeto A sube, sin adelantarse.

----ArvEl pulso ha pasado y el objeto

A realizó una oscilaciónvertical sin avanzar.

2. PULSOS Y ONDASCuando un objeto (piedra, gota de lluvia) choca contra la superficiedel agua en reposo de una pileta o de un estanque, se observa queen el lugar donde golpea el objeto se produce una perturbación quese propaga en toda la superficie del líquido. Esa alteración tiene for-ma circular, con centro en el punto de impacto del objeto, y su radiose incrementa a medida que transcurre el tiempo:

La perturbación se transmite sucesivamente a los puntos vecinos,hasta que todos o casi todos los puntos del medio entran en movi-miento, aunque no todos al mismo tiempo. Además, se observa que,mientras algunos puntos se mueven hacia arriba, otros lo hacen ha-cia abajo.Las perturbaciones de la materia de corta duración, como la que setermina de describir, se denominan pulsos.Si en lugar de hacerla una sola vez, golpeamos repetidamenteun punto de la superficie del agua con la mano o con un lápiz,observaremos la producción en dicha superficie de una suce-sión regular de pulsos (flujo continuo de pulsos) que se deno-mina onda, y al movimiento que se produce se lo llama movi-miento ondulatorio.

II

242 )4_-_~_, -_' F_ís_i_c_a__ ._p_O_l_i_mO_d_a~l ~ _

Una comparación que ayuda o comprenderlo propagación de las ondas

Los jugadores de dominó, como distracción complementaria, co-locan las fichas del juego en posición vertical, una al lado deotra, a una distancia inferior a la longitud de las fichas forman-do una hilera. Cuando se le da un impulso a la ficha situada enuno de los extremos se inicia una acción en cadena; cada fichatransmite a su vecina el impulso recibido, el cual se propaga des-de un extremo a otro alo largo de toda la hilera. En términos fí-sicos podría decirse que una onda se ha propagado a través de lasfichas de dominó.

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Portadoras de energía: Las ondas

2.1. PORTADORAS DE ENERGfA

Cuando colocamos sobre la superficie del agua un objeto que flota(corcho, madera, telgopor, etcétera), vemos que, al ser alcanzadopor la onda, ese objeto sube y baja pero no se traslada; es decir, rea-liza un movimiento perpendicular a la dirección de propagación dela onda (oscilación vertical). Esto nos indica que en una onda nohay desplazamiento de materia.Lo que ocurre se puede explicar así: cuando un objeto cae en un es-tanque, choca contra las moléculas superficiales del agua a las cua-les les cede parte de su energía cinética. Estas moléculas, a su vez,transmiten el movimiento a las vecinas. Sin embargo, la elasticidaddel agua (debida a las fuerzas de cohesión molecular) hace que lasmoléculas retornen hacia sus posiciones de equilibrio y oscilen alre-dedor de ella. Consecuentemente, la energía es transferida al líquí-do en forma de pulsos y ondas. Pero, al avanzar la onda, la energíase va repartiendo en un número mayor de moléculas por lo cual lacantidad de energía que llega a cada una de ellas es cada vez menor.De manera semejante, la.energía transportada por las ondas sono-ras hace vibrar nuestros tímpanos; la energía calórica que portan losrayos solares calienta los cuerpos terrestres; la energía radiante quetransportan las ondas luminosas nos permite ver los objetos, etcéte-ra. En todos estos casos vemos que la energía pasa de un cuerpo aotro por medio de ondas, sin que haya transporte de materia, por locual se dice que las ondas son portadoras de energía. Las molécu-las se transmiten energía unas a otras y la energía viaja a través de lamateria sin que viaje la masa de los cuerpos.Por lo tanto puede afirmarse que:

Las ondas consti-tuyen una formade transmisiónde la energía sindesplazamientode materia.

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II

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I¡I

El movimiento propio de las ondas se denomina movimiento ondu-latorio y su característica esencial es que sólo realiza el transportede energía (cantidad de movimiento) y no de materia.

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.....

•....

¡

Las olas del mar son ondas que seforman por la acción del vientosobre la superficie del agua.Cuando el viento sopladesde mar adentro hacia la costa,la energia se transportaen la misma dirección.

243

2.2. TIPOS DE ONDAS"

Muchas ondas (como el sonido) para propagarse necesitan de unmedio material que puede ser gaseoso (aire), líquido (agua) o sólido(cuerdas, resortes) y se denominan ondas mecánicas. En cambio,existen otras (como las ondas luminosas y las de radio) que no ne-cesitan de un medio material para desplazarse y reciben el nombrede ondas electromagnéticas. En estas ondas lo que oscila no sonpartículas materiales sino campos eléctricos y magnéticos, por locual pueden propagarse en el vacío. Así se explica que lleguen a lasuperficie terrestre la luz y otras radiaciones no visibles provenien-les del Sol, las estrellas y otras galaxias muy lejanas.Entonces, atendiendo el su. naturaleza, las ondas se clasifican enmecánicas y electromagnéticas, según que necesiten o no de UIl

,,;;-1 medio material para su propagación.

.í •. .~..~_"~~_~_m~~_~.~::;iii~:~~~"~~..~~_~~_~_~ __ ~~ ._~_~~_~~_l!~o práctico

Onda es una perturbaciónque se propaga en un medio

material o en el vacío en formade oscilaciones periódicas.<.~----------------------~" '9--

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PROPAGACIÓN DE PULSOS

Expectativas de logro:. Producir, observar y clasificar pulsos.

Materiales:• 1 resorte de unos 2 m de longitud y 10 cm de diámetro.

Procedimiento:1. Fija un extremo del resorte a un punto fijo (por ejemplo, la manija de una

puerta o un clavo introducido en la pared).

· Sujeta con la mano izquierda el extremo libre del resorte y luego pro-cede a estirarlo de manera que quede tenso y quieto.

· En un punto próximo al extremo del resorte sostenido con la mano, pro-duce una perturbación (pulso) perpendicular al eje del resorte, golpean-

do a éste con el canto de la otra mano o de una regla.

· Observa detenidamente el fenómeno provocado. (Repite las veces que

sea necesario para asegurar tus observaciones.)

· Responde el siguiente cuestionario, tachando las respuestas que consideras incorrectas:

mano izquierda

al ¿Qué ocurre con el pulso qenerado?

- Permanece en el lugar.

- Se propaga a lo largo del resorte.

b) ¿Qué sucede cuando el pulso llega

al extremo fijo?:- Cesa la perturbación.

- El pulso se refleja

el ¿Qué sucede con las partículas del resorte

al propagarse el pulso?

- Se desplazan a lo largo del resorte.

- Adquieren un movimiento oscilatorio.

d) ¿Qué transportan los pulsos?:

- Materia.

- Energía.

el ¿Cómo oscilan las partículas que constituyen

el resorte' con respecto al eje del mismo?:

- En dirección perpendicular.

- En la misma dirección.

f) De acuerdo con lo señalado en el inciso anterior,

¿cómo se denomina el pulso producido?:

- Longitudinal.

- Transversal.

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1 i ,d al

Portadoras de energía: Las ondas

2. Vuelve a sostener el resorte tenso y quieto como en el comienzo de la experiencia anterior.

• Provoca un pulso reuniendo 4 ó 5 espiras y luego procede a soltarlas.

· Observa atentamente lo que sucede.

· Responde el siguiente cuestionario, tachando las respuestas que

consideras incorrectas:

al ¿Qué sucede con el pulso producido7:

- Permanece en_~llugar.

- Se propaga a lo largo del resorte.

b) ¿Cómo se propaga la perturbación generada (espiras reunidas) con relación al eje del

resorte?- En dirección perpendicular.

- En la misma dirección.

el De acuerdo con lo observado, ¿cómo se denomina el pulso producido?.

- Longitudinal.

- Transversal.

Conclusiones:· Señala cuáles son las clases de pulsos observadas y sus características:

2.3. OTRA ClASIFICACiÓN DE LAS ONDAS

Cuando en un medio líquido se propaga una onda, un objeto flotan-te (corcho, telgopor) adquiere un movimiento perpendicular a la di-rección en que se desplaza dicha onda. Esto nos indica que las par-tículas del líquido también oscilan del mismo modo y a las ondasque producen ese efecto se las llama ondas transversales.Si en un resorte que se encuentra fijo en ambos extremos, compri-mimos algunas espiras próximas a uno de los extremos y luego lassoltamos, veremos que la perturbación producida (espiras reuni-das) se propaga en la misma dirección que la del eje del resorte:

dirección de la dirección de la dirección de lacomprensión • propagación • propaqactón "

ejo,o""o"o~~l~ i~lEn este caso las partículas del resorte vibran u oscilan en la mismadirección en que avanza la onda. Este tipo de ondas se denominanondas longitudinales.En suma, las ondas se clasifican en:

Ondas transversales: son aquellas en que las partículas del mediooscilan en dirección perpendicular a la de propagación de la onda.Ondas longitudinales: son aquellas en que las partículas del me-dio vibran en la misma dirección en que se propaga la onda.

La partícula A de la sogaoscila perpendicularmente

él la dirección depropagación de la onda.

Las anclas que se forman enuna soga son transversales.

245

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Onda plana es aquellacuyo frente presentauna superficie plana.

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\JEsquema de oscilación.

246

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Las ondas transversales sólo se propagan en los sólidos y en las su-perficies de los líquidos, porque esas superficies se comportan co-mo membranas elásticas a causa de presentar la propiedad llamadatensión superficial. En cambio, las ondas longitudinales se puedenpropagar en cualquier clase de medio: sólido, líquido o gaseoso.

2.4. ¿CUÁLES SON LAS CARACTERíSTICAS DE LAS ONDAS?

Si en un determinado instante, dibujamos todos los puntos de la su-perficie del agua en la que se propaga una onda plana, podremosobtener la siguiente vista de la distribución de las partículas:

-,' En este caso, por tratarse de unaonda transversal, el flujo conti-nuo de pulsos da una imagen la-teral de la propagación, deno-minada perfil de onda, que sepuede esquematizar de la si-guiente forma:

sentido de la propagación

En este esquema seencuentran indicadoslos elementos que ca-racterizan una onda:

a) Crestas: son los puntos más altos de una onda.b) Valles: son los puntos de mayor depresión de una onda.e) Amplitud de onda: es la distancia entre la abscisa x y la cresta de

la onda.d) Longitud de onda: es la menor distancia entre dos crestas o dos

,valles sucesivos. Se representa con la letra griega lambda (A).

En un movimiento ondulatorio también se consideran:a) Período de una onda: es el tiempo que tarda en producirse una

oscilación completa o ciclo. Se representa con la letra T y se mideen segundos.

b) Frecuencia de onda: es el número de oscilaciones que se produ-cen en la unidad de tiempo (segundo). Se representa con la letra f.Cuando se realizan cuatro oscilaciones en un segundo (f = 4), unaoscilación tarda en producirse 0,25 s (T = 0,25 s).

Como 0;25 = ~, resulta T = i .A su vez, siendo 4 = 0\5 ' es f = i.Entonces, podemos afirmar que la frecuencia de una onda es lainversa de su período y viceversa.

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Portadoras de energía: Las ondas

Unidad de frecuenciaLa unidad de frecuencia es el hertz (Hz) , que antiguamente se lla-maba "ciclo por segundo".Esta unidad equivale a una oscilación completa o ciclo por se-gundo. ASÍ,por ejemplo, si en un segundo se producen cinco os-cilaciones, la frecuencia es de 5 Hz.En radiotelefonía son muy utilizados los siguientes submúltiplos:Kilohertz (kHz) = 103 Hz.Megahertz (MHz) = 106 Hz.

c) Velocidad de propagación de una onda:Analicemos el siguiente caso:

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En una cuerda se produce -'!)dI ' -.\j..l. ;\J\ftPGir. ¡ .. '. '....•. .: .•una onda de A = 025 m con, '; .. , .. ':, ,'.' .

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una f = 3 Hz:"+' ...- ,.:.,- '" ¡.... H - ¡ .15

Consideremos la cresta C de laonda que en el instante ° s pa-sa por el punto A y un segundodespués por el punto B:

La cresta C en un segundo ha recorrido una distancia igual a 3A.Por lo tanto, el espacio recorrido (e) es:

e = 3.0,25 m = 0,75 m.Entonces, la velocidad (v) de la onda es igual a 0,75 mis. Como 3'Hz es la frecuencia (f) y 0,25 m la longitud de onda (A), resulta:

V=f.AA partir de esta fórmula se deduce que: I f ='~ I y I A = r ¡.Entonces, cuando la velocidad es constante, a mayor longitud deonda corresponde menor frecuencia y viceversa.Por lo tanto, podemos establecer que para una velocidad cons-tante, la longitud de onda es inversamente proporcional a la fre-cuencia del movimiento ondulatorio.A modo de ejemplo, observemos los siguientes gráficos, corres-pondientes a dos ondas que se propagan a la misma velocidad:

a)

b)

; '. La onda del gráfico a) tiene menor longitud de onda y mayor fre-cuencia que la del gráfico b).

...I~

;-- ...,,~..

Cuando el período espequeño, la frecuencia ¡

es elevada y viceversa.

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247

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Cuba de ondas (vista lateral),

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ReflexiónEs el fenómeno por el cualuna onda incide contra unabarrera y vuelve al medio

de donde proviene,

",.

250

2.5. ¿CUÁLES SON LOS FENÓMENOS ONDULATORIOS?

Las ondas, ya sean mecánicas o electromagnéticas, tienen formas decomportamiento características cuando chocan con una barrera,pasan por medios diferentes, se encuentran con otras ondas, etcéte-ra, Así, se producen fenómenos de reflexión, refracción, interferen-cia, difracción, etcétera,Para el estudio de estos fenómenos resulta adecuado utilizar una cu-ba de ondas que consiste en una bandeja con base transparente (devidrio o de acrílico) en la que se coloca agua y se producen ondas su-perficiales por medio de un generador de pulsos. Todo el sistema seilumina desde la parte superior de modo que las ondas que se for-man puedan observarse proyectadas en una pantalla ubicada deba-jo de la cuba:

Las crestas de las ondas aparecen como líneas gruesas y brillantes,mientras que los valles se ven como zonas oscuras.Las' siguientes ilustraciones muestran ondas producidas en una cu-ba y vistas desde arriba:

dirección de la propagación~

Ondas planas.

2.5.1. La reflexión de las ondas

Si en una cuba de ondas se co-loca una barrera en posiciónoblicua y luego se producen on-das planas, se observa lo si-guiente:

leFísica' Polimodal 1-;/4q---

--.---------- ---0:10." _'lo

En base a esta ilustración se.• ; puede deducir el siguiente es-

quema:

Las líneas llenas indican lascrestas de las ondas. Éstas avan-zan de izquierda a derecha (on-das incidentes) pero, al chocarcon la barrera, cambian de di-rección (se reflejan), desplazán-dose de abajo hacia arriba (on-das reflejadas).

Ondas circulares.

I I I I I I I I I I

11/: 1/"

1/"/"

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i = crestas de las ondas incidentes.r = crestas de las ondas reflejadas.

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La dirección de propagación dela onda se puede representar del,siguiente modo: .

d.o.i,

n

...-....

La dirección de la onda incidente forma con la normal (n) el ángulode incidencia (il y la dirección de la onda reflejada con la mismanormal origina el ángulo de reflexión (rl.Realizando las correspondientes mediciones, se verifica que í = r.Entonces, se puede afirmar que cuando una onda choca contra unabarrera se refleja, de modo tal que el ángulo de incidencia es igualal dereflexión.

2.5.2. La refracción de las ondas

Cuando se reduce la profundidad de una zona de la cuba de ondas,colocando en su fondo un vidrio grueso, de modo que sobre éste só-lo queden unos pocos milímetros de agua, se observa lo siguiente:

A simple vista se observa que la longitud de onda disminuye al pa-sar de la zona más profunda a la otra de menor profundidad. Si secalcula la frecuencia en ambas zonas, se constata que no varía conla profundidad de la cuba.Teniendo en cuenta que la velocidad de propagación de una ondaes: v = f· A.Si la frecuencia (f) es constante, la velocidad (v) será mayor cuandotambién lo sea la longitud de onda (Al.Entonces, a mayor profundidad, mayor longitud de onda y mayorvalor de la velocidad.Cuando se repite esta experiencia, pero colocando el vidrio en posi-ción oblicua con respecto a la dirección de propagación de las on-das, vemos 10 siguiente:

Las ondas planas, al pasar a la zona de menor profundidad, experi-mentan una disminución en su longitud de onda y un cambio en sudirección de propagación. Este fenómeno se denomina refracción yes consecuencia de la variación de la velocidad de propagación.Entonces, se puede afirmar que cuando una onda pasa de un medioa otro, en el que se propaga a diferente velocidad, experimenta unarefracción. .

RefracciónEs el fenómeno por el cual una onda al pasar

de un medio a otro sufre un cambio de dirección.

¡f 50

d.o.i. : dirección de avance de las olasincidentes

d.o.r. : dirección de avance de las ondasreflejadas

n. : normal (perpendicular a la barrera)i :ángulo de incidenciaf : ángulo de reflexión

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zona más profunda zona menos profunda

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zona más profunda.¡

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línea divisoria de profundidad Izona menos profunda

251

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"'t',;

;•..'

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~",';"La interferencia

se produce porque dos ondasde la misma naturaleza física

y de igual longitudse superponen.

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2.5.3. La interferencia entre ondas

Para comprender el efecto debido a la superposición de ondas cir-culares, analizaremos el esquema que tenemos al lado.Los puntos 01 y 02 representan los osciladores que generan las on-das circulares. Los círculos de trazos llenos corresponden a las cres-tas de las ondas y los círculos en líneas de puntos, a los valles de lasondas.En algunos puntos, como el A, coinciden dos crestas, por lo cual susefectos se suman y, por lo tanto, se forma una cresta con doble am-plitud. En este caso se dice que las ondas llegan en fase y se produ-ce una interferencia constructiva.Un efecto similar sucede cuando coinciden dos valles, como en elpunto E, formándose un valle de amplitud doble .En cambio, en otros puntos llega la cresta de una onda y el valle deotra, como ocurre en C. En ese caso, las ondas llegan en. oposición. defase, sus efectos se anulan y el punto no se mueve; entonces, hayuna interferencia destructiva.En la ilustración expuesta al comienzo, las zonas grises que se ex-tienden radialmente corresponden a los lugares donde se produceinterferencia destructiva. En esas zonas elagua no se mueve ..Los fenómenos de reflexión, refracción e interferencia son caracterís-ticos de todo movimiento ondulatorio y por lo tanto se observan enondas sonoras, luminosas, de radio, de televisión, hertzianas, etcétera.

,. ~.

Actividades de reconocimiento1. Marca con una X la respuesta que consideras correcta:

- Elmovimiento oscilatorio es:a) acelerado, b) retardado. e) variado, d) constante,

- Eltiempo que emplea el péndulo para efectuar una.oscilación completa se denomina:a) amplitud, b) período, e) frecuencia, ' d) todos 105 anteriores,

- En un movimiento ondulatorio se propaga:a) materia. b) energía, e) materia y energía,

..d) ninguna de las anteriores,

- Cuando las partículas del medio oscilan en la misma direcciónen la que se propaga el movimiento oscilatorio,las ondas 50n:

a) transversales, b) perpendiculares, e) verticales, d) longitudinales.

- La menor distancia entre dos crestas sucesivas de una onda es:a) la amplitud, b) la longitud, el el período. d) la frecuencia.

- La fórmula de la velocidad de una onda es:al v = -..L b) v = f .A e) v =:l

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l unodal

--------\( Portadoras de energía: Las ondas

- Cuando una onda se refleja, el ángulo de incidencia es:

al igual al de reflexión. b) mayor que el de reflexión el menor que el de refiexión. d) distinto al de reflexión.

- Las ondas planas al pasar de un medio a otro experimentan una variación de su:

al longitud. b) velocidad. el dirección de propaqación. d) todas las anteriores.

2. Dibuja el perfil de una onda transversaly luego señala . crestas,"

· valles,· abscisa,. longitud de onda· amplitud de onda:

3. Lee atentamente las siguientes cuestiones, reflexiona y luego responde:al ¿Cuál es la diferencia entre pulso y onda?: .

b) ¿Cómo se denomina la unidad SIMELA de frecuencia ya qué equivale7: .

el ¿Qué relación existe entre la frecuencia y el período de una onda?: .

d) ¿Cuál es la diferencia entre reflexión y refracción de una onda?: .

el Explica cuándo u~a interferencia entre ondas es constructiva:

~"_._." '. .. .._~-------"'.._-"~-=,_.._.".~~..=.,._._. .' ~,-, ....•_,~,,--'" ...~.""~ ...~~... ~,~"_... ,..,-~_..

Actividades de aplicación ...." ...."'~.•......•.,•...•.'...,._..1. Sabiendo que una onda efectúa 750 oscilaciones en 30 segundos, ¿cuáles SOII su frecuencia y su período?: (Expre-

se los resultados en unidades SIMELA)

R=2. Calcula la frecuencia de una onda cuyo período es T = 0,0125 s y luego expresa el resultado en kHz:

R=3. En el siguiente esquema, las líneas A, B,C, O, E,F,G Y H representan crestas

(vistas desde arriba) de una onda plana que se propaga en una cuba de ondas:

Calcula:al ¿Cuál es la longitud de onda?:

5.6 cm•• 1

H G F E D e B A

I I I I I I I ISelllÍc!o d" Id PIUlhJqJciÓIl._----0-

R=b) Sabiendo que la cresta A estaba 5 segundos antes en la posición H, ¿cuál es la frecuencia?:

R=el ¿Cuál es la velocidad de esta onda?:

R=4. La emisoraLRA Radio Nacional (Buenos Aires) transmite ondas de radio de frecuencia igual a 780 kHz.

¿Cuál es la longitud de onda, sabiendo que dichas ondas se propagan a 300.000 km/s?

R=

253

T.P: ONDAS1) Si una onda en el agua vibra de arriba-abajo dos veces cada segundoy la distancia entre 2 crestas es de 1,5m. a.¿Cuál es la frecuencia?R: (2Hz)

b. ¿Cuál es su longitud de onda?R: (1,5m)c. ¿Cuál es su rapidez?R: (3m/s)

2) ¿Cuál es la longitud de onda de una onda sonora de 340Hz. Si lavelocidad del sonido en el aire es de 340m/s.? Interpretar físicamenteel resultado.R: (1m)3) Una enfermera cuenta 76 latidos en un minuto. ¿Cuáles son el períodoy la frecuencia de las oscilaciones del corazón? Interpretarfísicamente el resultado obtenido y esquematizar. R: (1,26Hz, 0,789s)

4) Una torre de 300m de altura oscila con el viento con un período de6,8s. Calcular su frecuencia de vibración.R: (O,147Hz)

5) Calcula la rapidez de una onda que se forma en el agua con unaseparación de 0,4m y cuya frecuencia es 2Hz.

6) La frecuencia mas baja que podemos escuchar es de 20Hz. Calcula lalongitud de onda asociada a esta frecuencia de un sonido que sepropaga a 340m/s. Expresa esta distancia en pies (un Pie= 30,48cm)

7) ¿Porqué las superficies metálicas lisas son buenos espejos?8)¿Es válida la ley de la reflexión para ondas sonoras y luminosas?9)Cuando una onda cruza con cierto ángulo la superficie que separa unmedio de otro ¿porque se desvía al entrar en el nuevo medio?

10)Si podes ver el rostro de un amigo que está bajo el agua ¿te puedever él también? Justificar.

11)¿Qué efecto tiene la refracción en los objetos sumergidos en agua,los hace parecer que están a mayor profundidad o a menor profundidadque la real? Justificar.

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Portadoras de energía: las ondas

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t= n1\

11. EL SONIDOI

\'

I.:~!~

La voz humana, el canto de los pájaros, el latido del corazón, la mú-sica de la guitarra, el tañido de la campana, son algunos de los nu-merosos sonidos que solemos oír.Cuando se golpea una campana y luego se acerca a ella un dedo, sepercibe un cosquilleo que.indica la existencia de una vibración. Sien lugar de acercar un dedo, se apoya la mano con fuerza sobre lacampana, las vibraciones desaparecen y el sonido se apaga .Resultados similares se obtienen al frotar las cuerdas tensas de unaguitarra o de un violín, al hacer pasar un chorro de aire por el estran-gulamiento de una trompeta o de un clarín, al golpear el parche deun tambor o de un redoblante. En todos los casos el sonido es pro-ducido por vibraciones .Entonces se puede establecer que el sonido se produce por un mo-vimiento vibratorio u oscilatorio,En todo movimiento oscilatorio u ondulatorio es posible distinguiruna cierta frecuencia.El oído humano percibe .sonidos cuyas frecuencias varían desdeunos 16 Hz hasta aproximadamente 20.000 Hz (20 kHz). Estos valo-res varían ligeramente de una persona a otra de acuerdo con la ca-pacidad auditiva de cada una de ellas .Cuando la frecuencia de los sonidos supera los 20.000 Hz se deno-minan ultrasonidos. Los perros perciben vibraciones de hasta30.000 Hz y algunos animales, como los murciélagos, están capaci-tados para oír ultrasonido s de hasta 100.000 Hz .Las vibraciones audible s por los seres humanos (entre 16 y 20.000Hz) reciben el nombre de ondas sonoras. Por lo tanto:

Producir un sonido implica crear una onda sonora .

A través del sonido se produce una de las formas de comunicaciónmás importante entre las personas. Para formar los sonidos huma-nos, los pulmones echan aire por la laringe que hace vibrar las cuer-das vocales que allí se encuentran. Así, se producen sonidos simplesque se convierten en palabras por medio de la lengua, los labios, elpaladar, los dientes y las fosas nasales .

1.1. ¿CÓMO SE PROPAGA EL SONIDO?

El diapasón es un instrumento muy utilizado en los laboratorios demúsica. Consiste en una varilla cilíndrica de acero doblado en for-ma de D, con un soporte en su parte media, que se caracteriza poremitir un sonido definido y prolongado cuando se lo golpea.Si se hace vibrar un diapasón y luego se introducen los extremos desus dos ramas en el agua contenida en un plato, se observa que lasvibraciones se comunican a la superficie del agua y se propagan enforma de ondas:

AcústicaParte de la Física

que estudia los sonidos.

El sonido es fundamentalen la comunicación Humana.

, ,,,,' f',..

cuerdas vocales

La voz humana se forma a partir delas vibración de las cuerdas vocales .

El diapasón se empleapara obtener sonidos decaracterísticas conocidas.

Diapasón vibrante.

1l('.-! ¡ F.ormaciÓ/1de

¡: ;. 'í!. ondas en agua.

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255

pared del tubo zona de~ mayor p,?,ión

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lOsentido de la propagación

Propagaci6n deuná 'onda sonora en'tlatubo.~ .

conductoresde la elec:r~~~_1

campanadevidrio

\

tapónde goma

,_/'F"

timbre ~ a la máquinavacío

El sonido del despertador se escuchafuera de la campana de vidrio.

/ \,1I

Cuando se extrae el aire,el sonido no se oye.

En la Luna, donde no hayatmósfera, prácticamente

existe el silencio total.

256

Estas ondas que se forman en la superficie del agua, también se ori-ginan en el aire cuando el diapasón vibra en él: si acercamos la pal-ma de la mano a un parlante que emite música a alto volumen per-cibiremos las vibraciones.Un cuerpo que vibra transmite sus oscilaciones a las moléculas delos gases que constituyen el aire y que están en contacto con esecuerpo. A su vez, ese movimiento oscilatorio es transmitido a lasmoléculas vecinas y de ese modo, la onda sonora se propaga, llegan-do a puntos lejanos. (En su avance, la onda va amortiguando gra-dualmente hasta desaparecer.)Cuando una onda sonora se propaga en el aire, éste va experimen-tando aumentos y disminuciones de presión en la dirección en quese desplaza la onda, Estas variaciones de presión hacen que las mo-léculas de las zonas por donde se propaga la onda experimentenmovimientos oscilatorios, hacia delante y hacia atrás, en la mismadirección del desplazamiento del sonido. Esto indica que las ondassonoras son ondas Iongitudinales, ya que las partículas del mediovibran en la misma dirección del movimiento de avance del sonido.En síntesis, se puede afirmar que:

El sonido es una vibración que se propaga en forma de ondaslongitudinales.

It

1 En cons

Las ((sólic

onda

1.2.lA

Para COI

do, lo in

[~~!~~¡Expect,

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Proced,

En base

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I se (

I l

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I est__ .,_~_~.~

Analiza

a) ¿La veb) ¿Qué r

e) ¿Cóme

Si dentro de una campana de vidrio, en la que se puede hacer el va-cío, se hace funcionar un timbre:El sonido del timbre se propaga por el aire encerrado en la campa-na; luego, se transmite por el vidrio y continúa desplazándose por elaire exterior hasta llegar a nuestros oídos.Si después se procede a realizar el vacío, se observa que, a medida quese extrae el aire, el sonido se va apagando hasta dejar de percibirse.Este experimento demuestra que las ondas sonoras no se propaganen el vacío.

También, de acuerdo con estas experiencias se puede afirmar que elsonido se propaga en el aire y, en general. en todos los gases, pero,¿qué sucede en los líquidos y en los sólidos?Un nadador que se encuentra sumergido puede oír claramente el rui-do del motor de una lancha, o la conversación de dos personas, o elgolpe entre dos piedras. Entonces, los líquidos transmiten los sonidos,Se puede construir un teléfonocasero con dos vasos de papel ode plástico y un hilo: d) Calcul

de ten

ConclusiTeniern

do en I

v~\,---t-:---- I i

hilo 1\Cuando el hilo está tenso, hablando cerca de uno de los vasos, se oyeponiendo el oído en las proximidades del otro vaso. El hilo tenso(sólido) transmite el sonido mejor que el aire,En el campo, si se aplica el oído al suelo, se puede escuchar el galo-pe de un caballo que aún no se alcanza a divisar,Estos casos demuestran que el sonido se propaga en medios sólidos.

Física' Polimodal

ién se ori-10~ la pal-m. ~n per-

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50,-" se oyehil tenso

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os solidos.

'01 .noda 1

~-------------------- Portadoras de energía: Las ondas

En consecuencia, se puede establecer que:

Las ondas sonoras necesitan de un medio material elástico(sólido, líquido o gaseoso) para propagarse, por lo cual sonondas mecánicas.

1.2.lA VELOCIDAD DE PROPAGACiÓN DEl SONIDOPara comprender cómo varía la velocidad de propagación del soni-do, lo invitamos a efectuar la siguiente

ACTIVIDAD N° 1Expectativa de logro:

Identificar cómo influyen el estado de agregación de los medios de propagación y la temperatura en la veloci-

dad del sonido.

Procedimiento:, En base a la siguiente tabla: "

Medio Estado de agregación Velocidad (mis)

Aire (O°e) gaseoso 331

Aire (15 °e) gaseoso 340

Aire (20 °e) gaseoso 343

Dióxido de calbono (20°e) gaseoso 254

Hidrógeno (O-o gaseoso 1.286

Agua (15°C) líquido lASO

Agua (20 °C) líquido 1.460

Acero (20 -o sólido 5.130

Aluminio (20 °e) sólido 5.100

Hierro (20 -o sólido 5.120

Latón (20°C) sólido 3.400

Cuando'no se indica

la temperatura,se considera que

la velocidaddel sonidoen el aire

es de 340 mI s.

Analiza los datos consignados y responde:

al ¿Lavelocidad del sonido es igualo diferente en los distintos medios?: .

b) ¿Qué relación existe entre el estado de agregación de los medios y la velocidad del sonido?'

el ¿Cómo afectan a la velocidad del sonido las distintas temperaturas que pueden presentar el aire y el agua?:

d) Calcula en cuántos mis varía la velocidad de propagación del sonido en el aire por cada grado Celsius

de temperatura:

R=Conclusiones:

Teniendo en cuenta el análisis efectuado, señala de qué factores depende la velocidad de propagación del soni-

do en los diferentes medios: .. .. .

~jS6-257

II

. Pol imOdall"-----

(" .

r , ,.., ' " ,..,"."" ".."'~.~~.. ,. ~~~'._.~-~-" -.~~._---L~.:5!~racomplementaria

¿CÓMO OíMOS?Las ondas sonoras que se propagan en el ai-

re son recogidas por el pabellón auditivo y se

introducen en el conducto auditivo externo

que mide unos 25 mm de longitud, Allí se

amplifican las ondas y son conducidas hacia

la membrana del tímpano y la hacen vibrar,

Esta membrana es muy delgada (1,10-4 m) y

está tensa mente sujeta por los huesos del

cráneo,actuando como el parche de un tam-

bor y a él debe su nombre,

Cuando una onda sonora choca contra el

tímpano, el aire se comprime y descompri-

me en forma alternada, moviendo la mem-

brana hacia adentro y hacia afuera, Entonces,

el tímpano vibra y esa vibración se propaga

hacia adentro, por medio de la cadena de

huesecillos del oído medio, Dicha cadena es-

tá formada por tres huesecillos (martillo, yun-

que y estribo) que se articulan entre sí, for-

mando un sistema de palancas, El martillo re-

coge el movimiento vibratorio del tímpano y

lo conduce, a través del yunque, hasta el es-

tribo que se apoya sobre la ventana oval, que

separa al oído medio del interno,

Allí, la onda sonora pasa a la perilinfa del oí-

do interno que transmite la vibración al labe-

rinto membranoso ya la endolinfa que con-

tiene ese laberinto, Al vibrar la endolinfa, una

multitud de pequenísirnos nervios que fun-

cionan como las cuerdas de un piano son

excitados, Cada uno de estos nervios es sen-

sible a un cierto sonido y se encarga de en-

viar la sensación al cerebro, el cual elabora

todas las sensaciones percibidas y nos las ha-

ce percibir como sonidos,

Cuando el tímpano no vibra con las ondas sonoras, ya sea por una malformación congénita o por una afección, o

cuando hay lesiones de las zonas auditivas del cerebro que no permiten percibir la sensación producida por los so-

nidos, se está en presencia de una hipoacusia o de una sordera,

nervio,,:\uditivo\,'" __ caracol

\ \"~""",) / , __ <, '<.0\

Ir ~/@/?') \ cadena de: ','i ,\ I 'l huesecillos .: ".Z;,·j', \ 'J r l -1 •i --.::..ti )" ¡'~';"(:;.r. ;;,.' ..

R\\...~,,'

, ","~-- ..

membranabasilar

ventanaoval

tímpano

conductoauditivo

[

-_ .•_-_.-, .•. _----- •... _ .._-_ .•_---_ .....•••• -_ .•.. _.I----,-,-.-. __ ._ .. '-_ ..._._--._.

En el interior del conducto auditivo externo haypelos y cerumen que detienen el polvo del aire.

pabellóndel oído

: tímpano

OiDO INTERNO: OiDO: MEDIO OiDO EXTERNO

)

[--------------------_.._---_._----,El laberinto membranoso se halla dentro de una

cavidad denominada laberinto óseo.

Glosario:Perilinfa: Líquido que se encuentra entre el laberinto óseo y el mernbranoso.

Endolinfa Líquido que llena las cavidades del laberinto membranoso del oído interno.

Hipoacusia: Disminución de la capacidad auditiva normal.

Sordera: Privación o disminución de la capacidad de oír,

258 Física

f

1.3. eA

Las difecaracteiPara recSi en elja, se pude vidrimovimivibra se

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7.3. 7. L~

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- Sonido

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Pc modal

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Portadoras de energía: Las ondas

1.3. CARACTERíSTICAS DE lOS SONIDOS

Lasdiferencias que se observan en los sonidos se deben a tres de suscaracterísticas: la intensidad, la altura y el timbre.Para reconocer estas características resulta útil el uso del diapasón.Sien el extremo de una de sus ramas se dispone una pequeña agu-ja, se puede inscribir el movimiento de esa rama sobre una planchade vidrio enharinada, cuando se desliza la plancha de vidrio conmovimiento uniforme de izquierda a derecha. Así, si el diapasón novibra se obtiene la siguiente inscripción:

En cambio, cuando el diapasón suena se observa el siguiente gráfico:

La forma de la onda que emite un diapasón se denomina sinusoide.En base a estos gráficos es posible diferenciar la intensidad, la altu-ra y el timbre de los sonidos.

1.3.7. La intensidad de unsonido

La intensidad del sonido que se percibe, también denominada vo-lumen, permite clasificarlos en débiles y fuertes.Cuando se le da un golpe suave al diapasón, éste emite un sonidodébil que puede inscribir el siguiente sinusoide:En cambio, si se golpea el diapasón con mayor fuerza se obtiene unsonido más fuerte, capaz de producir este gráfico:La comparación de las ondas representadas permite reconocer queticnen la misma frecuencia, pero la amplitud es mayor en el sonidomás fuerte.Entonces, se puede deducir que la intensidad del sonido dependede la amplitud de la onda.De modo tal que cuanto mayor es la amplitud, el sonido es másintenso.Asimismo, se puede señalar que la intensidad acústica está relacio-nada con/a cantidad de energía que está fluyendo por el medio comoCOl/secuencia de la propagación de la onda.

1.3.2. ¿Qué es la altura de un sonido?

La altura o tono es la característica que permite clasificar los soni-dos en graves y agudos.Si se dispone de dos diapasones, uno que da un sonido grave y otroque produce un sonido agudo, al hacerlos vibrar con la misma in-tensidad se puede observar que inscriben las siguientes sinusoides:

···AA __>~ /\ ._- Sonido grave o bajo: I V V V

A

- Sonido agudo o alto: ~~.

-)~8-

.~.

planchade vidrio '-..

diapasón-,

ag~~ai~;:: -~'

/_ ..trazo obtenido

":",

amplitud {--~-

jt.

amplitud {--~-

En general, la voz de la mujer esmás aguda que la del hombre.

259

f----'~,.------'-----~ ..-

!

trozo de cartulina"',

Cada instrumento musical.se caracteriza por la cantidade intensidad de los armónicos

\\ que produce.

260

El análisis comparativo de estas sinusoides muestra que las dos tienenla misma amplitud, pero la longitud de onda del sonido más agudo es

, menor que la del sonido grave, por lo cual su frecuencia es mayor.En consecuencia, se puede afirmar que la altura o tono de un soni-do depende de la frecuencia de la onda.De manera tal que cuanto mayor es la frecuencia de la uibracián, elsonido es más agudo.Esta característica se puede verificar con una bicicleta realizando losiguiente:• Se apoya la bicicleta en el suelo con las ruedas hacia arriba ("al

revés"). Luego, se hace girar la rueda trasera con los pedales y seacerca un trozo de cartulina de modo tal que roce la cubierta. Así,se puede observar que si la rueda gira despacio (poca frecuencia)el sonido es más grave, mientras que al aumentar la velocidad degiro (mayor frecuencia) el sonido se torna más agudo.

Junto con la frecuencia, en la percepción sonora del tono intervie-nen otros factores de carácter psicológico. Así, suele suceder que, alelevar la intensidad, el tono percibido se eleva en las frecuencias al-tas y desciende en las frecuencias bajas. El tono es relativamente in-dependiente de la intensidad en las frecuencias comprendidas entre1.000 y 3.000 Hz.

1.3.3. El timbre de un sonido

El diapasón emite un sonidopuro, por lo cual cuando se ins-cribe su vibración origina unasinusoide perfecta:En cambio, los instrumentos musicales no producen sonidos pu-ros, sino que cada nota es un conjunto de sonidos emitidos simul-táneamente. Así, si se ejecuta la misma nota musical, con igual in-tensidad y altura, en dos instrumentos distintos (por ejemplo, unpiano y una guitarra), el oído los distingue claramente. Esta dife-rencia se debe a que el tono fundamental es el mismo en los doscasos, pero está acompañado por vibraciones secundarias diferen-tes en cada instrumento. Esas vibraciones secundarias se denorni-nan armónicos.La característica que permite al oído reconocer un mismo sonidoproducido por instrumentos distintos, se llama timbre.El timbre no sólo permite diferenciar entre los diferentes instru-mentos musicales, sino también identificar a las personas por suvoz o a un perro por su ladrido. En otras palabras, permite descubrirla procedencia de un sonidoEntonces, se puede establecer que el timbre es una mezcla de lasvibraciones correspondientes al tono fundamental y a los diferen-tes armónicos que con distinta amplitud producen las fuentes deemisión o generadores de sonido.

Física' Polimodal

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1.4. EL

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Portadoras de energía: Las ondas " .!---------¡-------------------------\

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o' nido

s instru-lS 1-'0r suíe, .ibrir

:la '~las; dif=ren-terues. de

)1 . .ada 1

En los siguientes esquemas se observa el perfil de onda correspon-diente a un sonido emitido por un piano y una guitarra:

~

Los sonidos del piano y de la guitarra producen ondas de distintaforma, debido a los armónicos que acompañan al tono fundamen-tal en dichos instrumentos.Por lo tanto se puede deducir que el timbre de los sonidos se mani-fiesta en la forma de la onda sonora que los produce.El timbre hace que cada sonido sea único.

1.4. EL EFECTO DOPPlER .'

,

1¡\

II!I

La frecuencia de un sonido está determinada por la frecuencia de lavibración que lo origina cuando el emisor y el receptor de la ondasonora están en reposo. En cambio, si el emisor o el receptor estánen movimiento, el sonido percibido presenta una frecuencia queaparentemente varía con la velocidad. Así, por ejemplo, un receptorparado en el borde del camino aprecia que el sonido emitido poruna ambulancia que se desplaza a gran velocidad es más agudocuando se acerca (mayor frecuencia) y más grave cuando se aleja(menor frecuencia). Este efecto, según el cual la frecuencia percibi-da de un sonido depende del estado de movimiento del receptor, delemisor o de ambos, fue explicado por primera vez en 1842 por el fí-sico austríaco Christian Doppler (1803-1853).Cuando el emisor y el receptor están en reposo, el sonido que oye lapersona es tal cual lo emite la ambulancia.Si el receptor está en reposo y el emisor en movimiento, cuando elsonido se va acercando, al receptor llegan más ondas por segundo y,por lo tanto, la frecuencia aumenta (el sonido es más agudo). Locontrario sucede si el sonido se aleja del receptor, las ondas se sepa-ran y arriban menos al receptor, la frecuencia disminuye y por eso el(ano que se percibe es más grave.El efecto Doppler también se hace patente cuando un auto pasajunto a nosotros haciendo sonar la bocina. Cuando se acerca, el to-no del sonido es más alto que lo normal (es decir, más alto en la es-cala musical). Esto se debe a que las crestas de las ondas sonoras lle-gan hasta nosotros con mayor frecuencia. Y cuando el auto se aleja,el sonido se hace más grave porque las crestas de las ondas llegancon menor frecuencia.El efecto Doppler se aplica en los emisores de microondas (radares)usados por la policía de tránsito para determinar la rapidez de un au-to y así poder establecer si exceden la velocidad máxima permitida.

La forma de la onda sonoraque emiten los instrumentos

musicales es periódicapero no sinusoidal.

Dopplerestableció la relación que hayentre la frecuencia generadapor el emisor y la percibida

por el receptor.< •

261

r

, .El tic tac del reloj se refleja

en el plato y es escuchadocon claridad por la persona'

ubicada al lado del recipiente:

Para escuchar mejor,; solemos colocar

la mano sobre el ,1 "'-"_)' __

pa~ellón de la /1i :t: -g":.r' ¡¡joreja y en un ,\ \. \,~ l-.J Y

i determinado -~ !t

: ángulo. .~ / h, ~. Así, aproueciuunosí / '. "<

, la reflexión /del sonido.

Al emitir un sonidoen ciertos valles, se oye el eco

varias veces por sucesivasreflexiones en las laderas de

las montañas.

262

2. EL SONIDO Y LOS FENÓMENOSONDUlATORIOS

El sonido se propaga en forma de onda longitudinal y por ello ma-nifiesta los fenómenos propios del comportamiento ondulatorio.Así, las ondas sonoras rebotan ante una barrera (reflexión), cambiande dirección cuando pasan de un medio a otro (refracción), sumansus efectos de una forma muy especial (interferencia) y pueden sal-var obstáculos o bordear las esquinas (difracción).

2.1. LA REflEXiÓN DE UN SONIDO

Cuando una onda sonora que se propaga en el aire (onda incidente;choca contra una pared (barrera), se refleja y vuelve a propagarse enel aire (onda reflejada), es decir, retorna al medio de donde provie-ne. Este fenómeno se denomina reflexión del sonido.Las ondas incidentes forman con la normal (línea recta perpendicu-lar a la barrera en el punto de incidencia) el ángulo de incidencia, elcual es igual al ángulo de reflexión formado por las ondas reflejadascon la ya mencionada normal.Entonces, se puede establecer que:

Las ondas sonoras se reflejan cuando encuentran en su caminouna barrera, de modo que el ángulo de incidencia es igual al án-gulo de reflexión.

La reflna actcéterauna p,tos mi

I

Las superficies rugosas reflejan el sonido en muchas direcciones, yen esos casos se habla de reflexión difusa.

2.1. 7. ¿Por qué se produce el eco?

La reflexión de las ondas sonoras explica el fenómeno del eco. Así,cuando estamos en un local amplio, sin muebles ni cortinas en susparedes como, por ejemplo, un gimnasio, podemos escuchar el ecode nuestra voz o de nuestros pasos si estamos a suficiente distanciade la pared.El oído humano sólo puede distinguir dos sonidos cuando están se-parados, como mínimo, por 11la de segundo.Como la velocidad del sonido en el aire a 15 DC es de 340 mI s, la dis-tancia mínima para oírlo es de 34 m. Pero, como esa distancia es re-corrida por el sonido entre ida y vuelta, la distancia mínima a la pa-red para que una persona escuche un eco es de 17 m.En las habitaciones más pequeñas no se produce el eco porque lasparedes están muy próximas a la persona que habla y reflejan rápi-damente el sonido, de modo que éste vuelve a nuestros oídos cuan-do todavía se encuentra el sonido original.

nes el,Las suque lapactosja suc:por allminarla, puelos po:materiEl corcalfoml:zadosmas ps

Física' Polimodal

Algurnes, (con 1,sentete, losde 2.(

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I

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2.2.lA

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La reflexión de las ondas sonoras se debe tener presente para la bue-na acústica de las salas destinadas a conferencias, cines, teatros, et-cétera. El sonido que llega a nuestros oídos en un salón proviene:una parte, directamente de la persona que habla, de los instrumen-tos musicales, de los altavoces, etcétera, y, otra parte, de las reflexio-nes en las paredes, techo y piso.Las superficies duras y lisas reflejan casi todo el sonido, mientrasque las rugosas y blandas lo absorben en su mayor parte. En los es-pacios cerrados, como las salas, el sonido una vez generado, se refle-ja sucesivas veces en las paredes, dando lugar a una prolongaciónpor algunos instantes del sonido original. Este fenómeno se deno-mina reverberación y empeora las condiciones acústicas de una sa-la, puesto que hace que los sonidos anteriores se entremezclen conlos posteriores. Su eliminación se logra recubriendo las paredes demateriales que absorben las ondas sonoras e impiden la reflexión.El corcho, la lana de vidrio, los cortinados. el telgopor, la madera, lasalfombras, etcétera, son buenos absorbentes del sonido y son utili-zados por la arquitectura acústica para crear las condiciones ópti-mas para la audición en 19cales y salas.

Algunas especies animales, tales como los murciélagos y los delfi-nes, emiten sonidos de distintas frecuencias y luego, de acuerdocon los ecos que reciben, pueden detectar objetos y presas pre-sentes en su entorno. Para obtener información sobre el ambien-te, los delfines emiten sonidos cuya frecuencia oscila entre menosde 2.000 y más de 100.000 Hz. Así, no sólo pueden determinar ladistancia y el rumbo, sino también el tamaño, la forma, la texturay la densidad de los objetos.

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ReverberaciónPersistencia de un sonido

en un local cerradopor sucesivas reflexiones

en las paredes.

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2.2. lA REFRACCiÓN DE UN SONIDO

Cuando una onda sonora pasa de un medio a otro (por ejemplo,del aire al agua), experimenta una desviación, cambiando su di-rección. Este fenómeno se denomina refracción y se debe a uncambio en la velocidad de propagación de la onda. Este cambio develocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento on-dulatorio. Como consecuencia, el ángulo de incidencia es diferen-te al ángulo de refracción .La refracción se presenta en los medios que no son perfectamentehomogéneos porque en ellos la velocidad de propagación de las on-das cambia de un punto a otro. La propagación del sonido en el ai-re sufre refracciones porque su temperatura no es unifo'rme. En undía soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre estánmás calientes que las altas y como la velocidad del sonido aumentacon la temperatura, dicha velocidad es mayor en las capas bajas que

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oi = onda incidente.or = onda refractada.N = normal.

= ángulo de incidencia.= ángulo de refracción.

263

Una copa de cristalpuede romperse

por efecto de la resonancia.

iLa "resonancia magnética se utiliza, en medicina para estudios dé alta

complejidad.

264

en las altas. Por ello, el sonido se desvía hacia arriba. En esta situa-ción se dificulta la comunicación entre dos personas que están 10suficientemente separadas.Durante la noche ocurre lo contrario, porque la Tierra se enfría conmayor rapidez que el aire.

2.3. ¿QUÉ ES LA RESONANCIA?

Cuando un cantante lírico emite ciertas notas, logra hacer vibraruna copa de cristal e incluso puede hacerla estallar. Lo que sucedees que la copa de cristal vibra cuando recibe ondas de igual frecuen-cia que las que puede emitir. Cuando ello ocurre, la copa de cristalentra en resonancia y la amplitud de sus vibraciones aumenta. Sicontinua recibiendo la onda perturbadora, el aumento de la ampli-tud llega a ser tal que produce la rotura de la copa.En consecuencia, se puede establecer que:

. Un cuerpo vibra por resonancia cuando recibe del medio que lorodea vibraciones de frecuencia igualo muy semejante a la suya.

El fenómeno de resonancia es muy frecuente. Así, el vidrio de unaventana entra en resonancia por la acción del viento o de un camiónque pasa en su cercanía produciendo vibraciones de igual frecuen-cia que la propia del vidrio. Efectos similares suceden con paneles,tabiques o puertas de madera o de plástico.La historia registra algunos casos notables como el del puente de Ta-coma (EE.UU.). Un cierto día sopló un viento cuyas ráfagas se pro-ducían con una frecuencia semejante a la del propio puente. Toda laestructura entró en resonancia y después de oscilar unas dos horas,el puente se destruyó. Para evitar un efecto similar, cuando una tro-pa de soldados marcha sobre un puente no se les permite "marcar elpaso". De ese modo, no existe el riesgo de que la frecuencia del mo-vimiento rítmico de la tropa coincida con la frecuencia de la vibra-ción propia del puente.Diversos experimentos permiten verificar que cuando a un cuerpoque vibra llega una vibración de igual frecuencia, el sonido queemite se refuerza.Así, si se acerca al oído un vaso o un caparazón de caracol, se escu-cha un cierto murmullo. Esto sucede porque sonidos débiles que sepropagan en el aire entran en resonancia con ese artificio y se vuel-ven audibles. Una parte importante de los instrumentos musicales esla caja de resonancia. En ella sonidos característicos del instrumentose refuerzan como consecuencia de su forma y de sus dimensiones.Es frecuente confundir resonancia con reverberación. Para diferen-ciar estos conceptos se debe tener en cuenta que la resonancia es elrefuerzo de un sonido que se está emitiendo, mientras que la rever-beración es la persistencia de un sonido en un ambiente después dehaber cesado su emisión.

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Física' Polimodal

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2.4. lOS ULTRASONIDOS y SUS APLICACIONES

Aunque el oído humano no tiene la capacidad para percibir los ul-trasonidos, éstos pueden producirse y detectarse por medio de apa-ratos llamados transductores.Los ultrasonidos tienen aplicaciones en diferentes campos del que-hacer humano. Así, constituyen el fundamento del sonar que es undispositivo que puede medir la profundidad del mar, detectar bar-cos hundidos o ubicar cardúmenes. Este aparato emite un haz ultra-sónico y luego detecta el eco de dicho haz, lo que le permite estable-cer la posición y I o la velocidad de los objetos sumergidos.En la industria, los ultrasonidos se utilizan para detectar fallas enpiezas de las maquinarias y para limpiar objetos que se sumergen entanques de agua provistos en su interior de vibradores ultrasónicos.En medicina ha adquirido gran importancia la técnica de obtenciónde imágenes del funcionamiento orgánico a partir de ultrasonidos,denominada ecografía. Ésta se basa en el grado de absorción y refle-xión de los ultrasonidos el! los diversos tejidos sobre los que incidenlas ondas. Así, se puede observar el desarrollo fetal, detectar tumo-res óseos, desgarros musculares, predisposición a la osteoporosis,etcétera.También se utilizan los ultrasonidos en el tratamiento de ciertasafecciones musculares, en virtud de que al actuar sobre las célulasproducen masaje. Asimismo pueden utilizarse para eliminar mi-croorganismos nocivos, pues éstos, al ser afectados por los ultra-sonidos, entran en rápida vibración y mueren.

Las ecografías son imágenes producidas por los ultrasonidos.

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Laprofundidad se determina enviando un haz ultrasónicoy midiendo el tiempo que tarda en regresar.

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I!"-: A-! ~-.~-ii-v_-i~-a-d-e-s-d-e-f-ij-·a-c-io.••.'·..-n--------~----_.~--~~.1) Completa las siguientes frases referidas al sonido:

- El sonido se produce por un movimiento .

- El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias varían entre y Hz.

- Producir un sortido.irnplka crear una .

- Las ondas sonoras pertenecen a la clase de ondas .

- El no se propaga en el vacío.

- Las ondas sonoras necesitan de un medio . para propagarse.

- La velocidad de propagación del sonido es mayor en que en los líquidos.

- Las principales características del sonido son: .

- El timbre de un sonido depende de los que acompañan al tono fundamental

- La forma de la : depende del timbre del sonido ..,.....................................................estableció la relación que hay entre la frecuencia generada por el emisor y la percibida

por el receptor.

- En la reflexión del sonido el ángulo de es igual al de reflexión.

- El eco se produce por la del sonido.

- La reflexión del sonido influye en la de un salón.

- Reverberación es la persistencia de un sonido por .

- Un cuerpo vibra por resonancia cuando recibe del medio que lo rodea .

- La resonancia es el de un sonido, mientras que la reverberación es la del mismo.

2) Analiza las siguientes ondas (A, S,C)

correspondientes a tres sonidos

.diferentes emitidos por diapasones:

Procede a ordenarlos por: c:::5T010J0v00PV:·.

A "'0J?J?0000" ~

.

8 - ---_ _-----_ - ----_ --.- ....•.

a) intensidad creciente: .

b) altura creciente: .

, '- .

3 Lee atentamente las siguientes preguntas, reflexiona y luego responde:

a) ¿Cuál es la diferencia entre sonidos:

- débiles y fuertes": .

. :;. - graves y aqudos?: .

b) ¿Qué se entiende por ultrasonidos?: : .

e) Menciona las principales aplicaciones de los ultrasonidos: .

267

Actividades de aplicación

1. Una onda sonora cuya le = 1,36 m se propaga con una velocidad de 400 mis:a) Indica cuál es el estado de agregación más probable del medio en el que se propaga: , """""''''''''''''''''

"''','''''''''''''''' ¿Por q ué 7:",,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ••,,,,,,,,,,.,,""'"

b) Calcula cuál es la frecuencia de onda:

e) Señala si es perceptible por el oído humano: ".""" "",,"'''''''''''''''''''''''' """""""""""",,,,,,,,,,,,,.,,,,,,,,,,.,,,,,,""""," ..""",,,, """" ""."",

d) Justifica tu respuesta """'''''''' """"""""""""""""",,".",

2. Se produce una tormenta con una temperatura de 20°C y desde que se ve el relámpago hasta que se oye el true-

no transcurren 3 s.Calcula a qué distancia se produjo la descarga eléctrica (No consideres el tiempo que tarda la

luz en llegar al observador):

R=

3. Un diapasón emite un sonido cuya frecuencia es de 280 Hz.Calcula:

a) cuál es su longitud de onda:

b) cuál es su período:

R=

R=

4. Ulla persona emite un grito frente a la ladera de una montaña y escucha el eco 1,3 s después, ¿A qué distancia se

halla de la ladera":

R=

5. El sonar de un barco emite una señal hacia el fondo del mar y se recibe la onda reflejada 3 s después, Sabiendo

que la velocidad del ultrasonido en el agua salada es de unos 1.420 mis, ¿aqué distancia del barco está el fondo?

R=

Actividades de profundización

LA CONTAMINACIÓN ACÚSTICAExpectativas de logro:

ldentificar los problemas que ocasiona la contamina-ción acústica,Elaborar un esquema que sintetice las ideas principalesdel texto analizado,

Materiales:Texto: Un problema para oír, artículo publicado en eldiario "La Nación" de Buenos Aires,1 hoja de papel afiche blanco o similar,Marcadores de fibra de distintos colores,Cinta adhesiva transparente,

Actividades:Integrar un grupo de cuatro alumnos,Acordar quiénes actúan como coordinador y secretario,

268/F {f\{

Leer atentamente el texto Un problema para oír,Interpretar con los compañeros el texto leído,Intercambiar opiniones sobre .sucontenido.Sintetizar lo expuesto por medio de un esquema (condibujos y palabras), de modo tal que queden expresadaslas ideas fundamentales en un código de expresión grá-fica, (Utilizar para esto la hoja de papel afiche y los mar-cadores de fibra)Exponer los afiches de cada grupo en el pizarrón y en lasparedes del aula,Discutir los aspectos significativos de cada produccióngráfica,Elaborar las conclusiones,

Física' Polimodal