SEGUNDO PERIODO

UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 3SONIDO

LOGRO: Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones problmicas.

COMPETENCIAS:Interpreta el concepto de onda, as como sus elementos que le caracterizanArgumenta los cambios en los resultados cuando cambian las variables.Propone experimentos para demostrar los fenmenos ondulatorios.

CONTENIDOSGUA N3ONDAS SONORASGUA N4RAPIDEZ DEL SONIDOGUA No. 5PROPIEDADES DEL SONIDO

Define los elementos de una onda y los valores mximos y mnimos que las caracterizan.Determina la rapidez del sonido de acuerdo al medio de propagacin y a la temperatura.Resuelve problemas de aplicacin que involucran la intensidad y el nivel de intensidad del sonido.

CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e inventiva.Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas, participacin activa, puntualidad y asistencia.

GUIA No. 01 (2 semanas)

1.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:El trmino sonidodefine solamente las oscilaciones que pueden dar lugar a una sensacin auditiva en elodohumano y por lo tanto puede considerarse constituido por los movimientos ondulatorios que se propagan con unosvaloresde frecuencia que oscilan entre los 20 y los 20.000 Hz, intervalos de frecuencia que constituyen la denominada banda acstica fsica de la voz.El sonidoes un movimiento ondulatorio longitudinal enel cual es necesario considerar tres elementos: la produccin, la transmisin y la recepcin.Se denomina acsticala parte de la Fsica que estudia los fenmenos que percibe el sentido del odo y que se denomina ruidos o sonidos. Los ruidos corresponden a percepciones auditivas breves, o por lo menos descontinuas; los sonidos dan una sensacin de continuidad, permaneciendo durante cierto tiempo idnticos a s mismos, y les corresponde una sensacin musical particular.La acsticaestudia el sonido en toda la amplitud, ocupndose as de su produccin y propagacin, de su registro y reproduccin, de la naturaleza del proceso de audicin, de los instrumentos y aparatos para la medida, y de las condiciones idneas para las salas de audicin.Como rama de la fsica, la acsticaculmin su desarrollo en el sigloXIX, gracias a los trabajos de Hermann von Helmholtz y de lord Rayleigh, y sus bases tericas han permanecido prcticamente sin cambios hasta hoy. Sin embargo,en la actualidad ha tomado un cierto inters debido a la importancia que ha alcanzado en la transmisin, reproduccin y amplificacin del sonido; en la aviacin y en las variadsimas aplicaciones de los ultrasonidos.Un cuerpo slo puede emitir un sonidocuando vibra, en forma de una onda mecnica. Para que el sonido se transmita debe existir un medio elstico a travs del cual se puedan propagar las vibraciones que lo originaron. Ese medio elstico es normalmente el aire, pero puede ser cualquier otro medio material como un gas, un lquido o un slido,pero no se puede propagar en el vaco, es decir, en ausencia de materia.Cuando una onda sonora llega al tmpano del odo, ste entra en vibracin y su vibracin setransmite a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre l. Los instrumentos musicales ilustran perfectamente la variedad de cuerpos cuya vibracin puede dar origen a un sonido. Esencialmente, en los instrumentos de viento, lo que vibra es la columna de aire contenida en el instrumento; en los instrumentos de cuerda, lo que vibra son las cuerdas del instrumento; y en los instrumentos de percusin lo que vibra es un diafragma o bien un objeto metlico (unos platillos, por ejemplo).

De otra parte, unaonda electromagnticaes la forma de propagacin de laradiacin electromagnticaa travs del espacio y sus aspectos tericos estn relacionados con la solucin en forma de onda que admiten lasecuaciones de Maxwell. A diferencia de lasondas mecnicas, las ondas electromagnticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por elvaco.

Desde un punto de vista fsico el sonido comparte todas las propiedades caractersticas del comportamiento ondulatorio, por lo que puede ser descrito utilizando los conceptos sobre ondas.

2.PRESABERES(trabajo en grupo)Resuelva en el cuaderno de fsica, con sus propias palabras:

Dibuja la forma de una onda sinusoidal? Adems del sonido, qu otros fenmenos de la naturaleza se propagan a travs de ondas? La luz se puede propagar en el vaco? Qu es una seal anloga? Qu son lneas paralelas y perpendiculares? El sonido viaja a la misma velocidad en todos los medios? Cul es la velocidad del sonido en el aire? Cul es la velocidad de la luz? Investigue el proceso mediante el cual el sonido fsico es convertido en sonido fisiolgico.

3.NUEVOS CONCEPTOS

ONDAS SONORAS:Las ondas sonoras constituyen un tipo de ondas mecnicas que tienen la virtud de estimular el odo humano y generar la sensacin sonora.El sonido es un tipo de onda que se propaga nicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbacin.

Cuando dejamos caer una piedra en un estanque tranquilo, se forman ondas circulares concntricas que van extendindose por la superficie del agua a medida que pasa el tiempo. Cuando se observa este fenmeno con cuidado, se comprueban varios hechos interesantes:En primer lugar, que las ondas que se forman son una serie de elevaciones y depresiones alternadas y equidistantes; en segundo lugar, que avanzan con una velocidad constante.Las ondas sonoras son esfricas pues se propagan en todas las direcciones segn todos los radios de una esfera en cuyo centro se encuentra la fuente que vibra.Todo movimiento ondulatorio peridico, se distinguen los siguientes elementos:

Elongacin:es el desplazamiento entre la posicin de equilibrio y la posicin en un instante dado.

La amplitud de onda:es la altura de una cresta o la profundidad de un valle con respecto a la posicin de equilibrio (eje x). Es la mxima elongacin.La longitud de onda:es la distancia entre dos crestas o dos valles consecutivos. Se representa por(letra griega Lambda).Frecuencia: (f)es el nmero de vibraciones producidas por unidad de tiempo. La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz) que equivale a una vibracin por segundo (1 Hz = 1 vib/seg = 1 s-1).Periodo: (T)es el tiempo en el cual se produce una vibracin o el tiempo en que una onda emplea en desplazarse una longitud de onda.Velocidad de propagacin de la onda:debido a que la onda se propaga una longitud de ondaen un tiempo equivalente a un periodoT, la velocidad de propagacin que es constante se expresa mediante:

v = /T = .f

De acuerdo a la expresin anterior, podemos decir que las ondas con menor frecuencia, tiene mayor longitud de onda? Justifique su respuesta.Es conveniente sealar que la velocidad de propagacin depende de la naturaleza de la onda y las caractersticas del medio, pero no de su frecuencia.Se dice que una onda transporta energa sin que haya transporte de masa.La velocidad de propagacin de lo que llamamos "perturbacin" por los medios materiales, slidos, lquidos o gases, depender de la proximidad de las partculas del medio y de sus fuerzas de cohesin. As, la velocidad de propagacin ser mucho mayor en los slidos (con las partculas muy prximas y fuertemente ligadas) que en los lquidos, y sobre todo, que en los gases (con la partculas mucho ms alejadas y debilsimas fuerzas ente ellas en movimiento catico y desordenado).Ejemplo: en la superficie de un estanque se propagan ondas cuya frecuencia es de 5 Hz y cuya amplitud mide 10 cm. Si las ondas emplean 20 segundos en recorrer 4 metros, calcular:a)El periodo.b)La velocidad de propagacin.c)La longitud de onda.Solucin:a)Debido a que la frecuencia es de 5 Hz, el periodo de oscilacin de las ondas es de:

T = 1/f= 1/5s-1=0.2 s.

b)Como las ondas empleas 20 s en recorrer 4 m, tenemos que la velocidad es:

v = 4m/20s =0.2 m/s.

c)Para la longitud de onda: = v/f= 0.2 ms-1/5s-1= 0.04 m =4 cm

4.AMPLIACIN DE CONCEPTOS

ONDAS TRANSVERSALES Y ONDAS LONGITUDINALES:la direccin de la propagacin de las ondas puede ser paralela o perpendicular a la direccin de la oscilacin.Propagacin

Direccin de propagacin

En lasONDAS TRANSVERSALESlas partculas del medio oscilan en direccin perpendicular a la direccin en que se propaga el movimiento ondulatorio. Mientras cada partcula de la cuerda oscila en direccin vertical, la onda se propaga en direccin horizontal (perpendicular).Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales, en las superficies de los lquidos, las ondas electromagnticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales.

En lasONDAS LONGITUDINALESlas partculas del medio material oscilan en la misma direccin en que se propaga el movimiento ondulatorio. Si se golpea el diapasn, ste vibra y produce ondas que son paralelas a la fuente que lo produce.Las ondas sonoras son ondas longitudinales

Cmo se podran producir ondas transversales y longitudinales en una cubeta con agua, utilizando una regla, por ejemplo?

Las ondas ssmicas son longitudinales o transversales?

ACTIVIDAD EN EL AULA

5.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las siguientes situaciones:

a)La longitud de onda de la luz amarilla es 6 x 10-7m y la velocidad de la luz es 3 x 108m/s. Cul es la frecuencia de estas ondas?b)Describe el movimiento de una partcula de un medio cuando a travs de l viaja una onda transversal.c)Describe el movimiento de una partcula de un medio cuando a travs de l viaja una onda longitudinal.d)En la figura se muestra dos configuraciones de ondas, producidas en el mismo estanque con agua. Indica en cul de las dos es mayor: la longitud de onda, la velocidad y la frecuencia.

e)Realiza una grfica sinusoidal aproximada, para el ejercicio anterior.f)La velocidad de una onda es 20 m/seg y la frecuencia es de 100 Hertz. Cul es la longitud de la onda?g)La distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que vibra en forma idntica es 2 m. Si la frecuencia es de 10 Hertz. Cul es la velocidad de propagacin de la onda?h)El Periodo de una onda es de 0,75 seg y su longitud es de 1,50 m. Cul es la velocidad de propagacin?i)Cul es la longitud de onda () de un sonido de 500 Hz de frecuencia?j)Qu efecto produce la superposicin de dos ondas en fase y en oposicin de fase?k)Supn una onda que se transmite a velocidad constante (la luz en el vaco) Qu ocurrira si aumenta su frecuencia?l)Dos fuentes a 10 cm de distancia emiten ondas de longitud de onda 8 cm. Qu condicin cumplen los puntos donde se produce una interferencia constructiva? y si es interferencia destructiva? Qu clase de superficie se forma al unir estos puntos?m)Averigua cunto miden las longitudes de onda del espectro visible?

C O N S U L T E Y R E S U E L V A

6.TRABAJO INDIVIDUAL

Resuelva los siguientes problemas:a)Durante la tempestad se escucha un trueno 8 s despus de haberse percibido el relmpago. A qu distancia cay el rayo?b)Qu longitud de onda corresponde para una onda sonora cuya frecuencia es de 20.000 Hz y se propaga con una velocidad de 340 m/s?c)En poca de lluvia, es muy comn que de momento se observa una luz brillante y posteriormente el trueno. A qu distancia se produce un rayo, si al observar el relmpago de luz, cuatro segundos despus se escucha el trueno?d)Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m, en qu tiempo se escuchara el trueno, si el sonido ahora viaja por agua?e)El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la frecuencia de ste es de 261 Hertz. Y se transmite en el aire cul ser la longitud de onda?f)El odo humano percibe sonidos cuyas frecuencias estn comprendidas entre 20 y 20000 Hertz. Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la velocidad de 330 ms-1.g)Una cuerda de un instrumento musical tiene 0,84 m de longitud y su frecuencia fundamental es de 192 Hertz. Cul ser dicha frecuencia si la cuerda se acorta hasta 0,62 m?h)Se ha comprobado que cierto pjaro tropical vuela en cuevas totalmente oscuras. Para sortear los obstculos utiliza el sonido, pero la frecuencia ms elevada que puede emitir y detectar es de 8000 Hz. Evaluar el tamao de los objetos ms pequeos que puede detectar.

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INSTITUCIN EDUCATIVA CIUDADELA DEL SUR EDUCACIN BSICA SECUNDARIAREA DE FSICA

UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 3RAPIDEZ DEL SONIDO

LOGRO:Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones problmicas.

COMPETENCIAS:Interpretael concepto de ondayconoce los distintos tipos de ondas.Argumentalos cambios en los resultados cuando cambian las variables.Propone experimentos para demostrar los fenmenos ondulatorios.

CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e inventiva.Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas, participacin activa, puntualidad y asistencia.

GUIA No. 04 (2 semanas)

1.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:

Espionaje acstico mediante el teclado

La noticia que ha dado la vuelta al mundo est fundamentada en que los sonidos derivados al pulsar el teclado del ordenador pueden ser decodificados y originar cierto 'espionaje acstico'.Los espas son capaces de introducir los sonidos grabados al teclear en un ordenador y usar un algoritmo para recuperar hasta el 96% de los caracteres del teclado pulsados por los mecangrafos.Este nuevo mtodo ser el reto de los expertos en seguridad informtica y privacidad.Mediante la grabacin del sonido del tipeo y su posterior anlisis con el algoritmo, se logr reconstruir el 96% de los caracteres introducidos.Un usuario tpico teclea unos 300 caracteres por minuto, lo que deja suficiente tiempo a la computadora para que pueda aislar cada golpe de teclado.El funcionamiento de este mecanismo se adapta al patrn de escritura de mltiples mecangrafos y supera el ruido de fondo, como la msica o el sonido de los telfonos mviles.Tampoco ser necesario ningn equipo especial de grabacin, ya que el sonido del teclado puede ser grabado usando un mecanismo estndar.Aunque la opinin de los expertos no genera temor, pues est fundamentada en que es poco el uso que los empleadores tendrn al ser observados y menos por descubrir detalles de los negocios de los rivales.

3.PRESABERES(trabajo en grupo)

Resuelva en el cuaderno de fsica, con sus propias palabras:

Qu son lneas paralelas y perpendiculares? El sonido viaja a la misma velocidad en todos los medios? Cul es la velocidad del sonido en el aire? Cul es la velocidad de la luz?

4.NUEVOS CONCEPTOS

RAPIDEZ DEL SONIDO:el sonido en el aire tiene una velocidad significativamente menor que la velocidad de la luz. La velocidad del sonido depende de lacomprensibilidaddel medio material por el que se propaga. Se dice que un material es ms comprensible que otro si experimenta mayor deformacin o disminucin del volumen cuando ambos se someten a la misma presin. Cuanto menos comprensible sea el medio, mayor es la propagacin de las ondas sonoras a travs de l.

5.INTERPRETACIN DE LA NUEVA INFORMACIN

Casi todos los sonidos que escuchamos se transmiten a travs del aire. Pero el sonido se transmite con ms intensidad y ms aprisa en el metal que en el aire.El sonido no se propaga en el vaco, siempre debe existir un medio. ste se transmite con ms rapidez en los lquidos que en los gases, y todava ms aprisa en los slidos.

La rapidez del sonido en aire seco a 0C es de aproximadamente 331 m/s.

Cul es la velocidad del sonido en el aire a 0 C., expresada en km/h?

Pero esta rapidez es ligeramente mayor cuando el aire contiene vapor de agua y aumenta tambin con la temperatura, pues las molculas de aire caliente, que se mueven ms aprisa, chocan unas con otras ms a menudo y por tanto transmiten un impulso en menos tiempo. Por cada grado de incremento en la temperatura del aire arriba de 0C, la rapidez del sonido aumenta en 0.60 m/s. as pues, en el aire a la temperatura normal de 20C el sonido se propaga a unos 341 m/s.La rapidez del sonido en un material especfico no depende de la densidad del material, sino de su elasticidad, que es la capacidad de un material para cambiar de forma en respuesta a una fuerza aplicada y recuperar su forma original una vez que la fuerza desaparece.

En los materiales elsticos los tomos estn relativamente juntos y responden con prontitud a los movimientos de los dems, por lo cual transmiten la energa con pocas prdidas. El sonido se propaga con una rapidez alrededor de 15 veces mayor en el acero (el acero es muy elstico) que en el aire, y unas cuatro veces ms aprisa en el agua que en el aire.

La expresin que relaciona la velocidad (v) del sonido en el aire, expresada en m/s con la temperatura (T) expresada en C, se puede escribir de la siguientemanera:

v = (331 m/s + 0.6 m/s. C-1. T)

La tabla 1 muestra la velocidad del sonido en diferentes medios:MEDIOVELOCIDAD (m/s)

Aire (0C)331

Aire (15C)340

Aire (100C)366

Helio (0C)972

Hidrgeno (0C)1.290

Oxgeno (0C)317

Agua (25C)1.490

Aluminio5.100

Cobre3.560

Hierro5.130

Plomo1.320

Granito6.000

TABLA 1

Ejemplo:Calcular la velocidad del sonido en el aire a una temperatura de 20C y exprsela en cm/s.

Solucin:A partir de la ecuacin que relaciona la velocidad del sonido con la temperatura, tenemos que:

v = (331 m/s +0.6 m/s . 20C) =343 m/sProblema propuesto:Calcula la velocidad del sonido si la temperatura aumenta de 20 a 30C.

ACTIVIDAD EN EL AULA

6.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las siguientessituaciones problmicas:a)Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hertzyproduce ondas de2 m. Con qu velocidad se propaga el sonido en el agua?b)Supn una onda que se transmite a velocidad constante (la luz en el vaco). Qu ocurrira si aumenta su frecuencia?c)Calcula el tiempo que emplea el sonido en recorrer 1.5 km. en el aire a 0 C, en el aire a 15 C y en al agua.d)Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hertz y produce ondas de 2 m. Con qu velocidad se propaga el sonido en el agua?e)Calcula el tiempo que emplea el sonido en recorrer 1.5 km. en el aire a 0 C, en el aire a 15 C y en al agua.f)Un barco emite simultneamente un sonido dentro del agua y otro en el aire. Si otro barcodetecta los sonidos con una diferencia de 3 s, a qu distancia estn los barcos?

C O N S U L T E Y R E S U E L V A

7.TRABAJO INDIVIDUAL

a)En poca de lluvia, es muy comn que de momento se observa una luz brillante y posteriormente el trueno. A qu distancia se produce un rayo, si al observar el relmpago de luz, cuatro segundos despus se escucha el trueno?b)Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m, en qu tiempo se escuchara el trueno, si el sonido ahora viaja por agua?c)Una tubera de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto donde se escucha en 0.53 segundos a qu velocidad viaja el sonido?d)Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hzyproduce ondas de 2 m. Con qu velocidad se propaga el sonido en el agua?e)Cierta onda ultrasnica que se propagan en el aire tienen una longitud de onda de 3.8 x 107m. Cul es su frecuencia?f)Una tubera de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto donde se escucha en 0.53 segundos a qu velocidad viaja el sonido?g)Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hz y produce ondas de 2 m. Con qu velocidad se propaga el sonido en el agua?h)Una superficie de aluminio es golpeada a una distancia de 10 kilmetros. Cunto se demora el sonido para llegar al punto donde se escucha?i)Cul es la temperatura que se considera para que el sonido se propague a 340 m/s?j)Cierta onda ultrasnica que se propagan en el aire tienen una longitud de onda de 3.8 x 107m. Cul es su frecuencia?

INSTITUCIN EDUCATIVA CIUDADELA DEL SUR EDUCACIN BSICA SECUNDARIA REA DE FSICA 11

UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 5PROPIEDADES DEL SONIDO

LOGRO:Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones problmicas.

COMPETENCIAS:Interpreta el concepto de onda y conoce los distintos tipos de ondas.Argumenta los cambios en los resultados cuando cambian las variables.Propone experimentos para demostrar los fenmenos ondulatorios.

CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e inventiva. Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas, participacin activa, puntualidad y asistencia.

GUIA No. 05 (3 semanas)

2.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:

El ruido y su medidaEl ruido adquiere una importancia cada vez mayor en la vida moderna, debido, agran parte, a la extensin del trfico y a la mecanizacin de todo gnero, incluso en las actividades domsticas. Se ha observado que los ruidos desagradables provienen, casi totalmente, de la circulacin de la calle; a ellos hay que aadir los que producen los aparatos domsticos, especialmente receptores de radio y televisin, aparte, claro est, de otras causas accidentales, como las perforadoras neumticas o los motores extractores, compresores, etc., que funcionan en las proximidades. El problema del efecto del ruido sobre los seres humanos esta estudiado desde puntos de vista sicolgicos y mdicos, y trasciende el campo del fsico puro. Se sabe que el ruido afecta las funciones motrices, como el tiempo de reaccin, molesta lasfunciones cerebrales, segn se comprueba con los test de inteligencia. La velocidad de la respiracin y del pulso se alteran, y aumenta la presin sangunea. Tambin son afectadas por el ruido las contracciones del estmago. Hay pruebas de que estos efectos son esencialmente biolgicos, no solo porque las funciones afectadas escapan al control de la voluntad, sino porque se ha observado este tipo de reacciones frente al ruidoen animales a los cuales se lesextirp los hemisferios cerebrales. Se ha comprobado tambin la influencia del ruido en la productividad, en las industrias y oficinas y sobre todo en el estudio. Resulta evidente un aumento en el rendimiento de trabajo al disminuir la cantidad de ruido. Incluso despus de varios aos de trabajo en ambientes ruidosos, el obrero no est completamente adaptado al ruido, sino que se adapta paulatinamente, hasta llegar a un punto en que desaparece a causa de la fatiga.

PROPIEDADES DEL SONIDO:las propiedades del sonido que nos ayudan a diferenciar unos sonidos de otros son:a)TONO:una propiedad importante del sonido es el TONO, o lo que es lo mismo la FRECUENCIA con la que vibran las partculas del medio. Dicha frecuencia determina que un sonido sea AGUDO o GRAVE segn su valor.A los sonidos altos o agudos como los producidos por las cuerdas delgadas de una guitarra, corresponden frecuencias altas, en tanto que los sonidos graves o bajos corresponden a las frecuencias bajas de las cuerdas gruesas.La respuesta del odo depende de la frecuencia del sonido percibido. El odo humano slo puede percibir sonidos entre los 20 y los 20.000 Hz. Las ondas longitudinales por fuera de ese rango se conocen como infrasonidos y ultrasonidos respectivamente.En el aire dichos valores extremos corresponden a longitudes de onda que van desde 16 metros hasta 1,6 centmetros respectivamente.En general se trata de ondas de pequea amplitud.

Muchos animales como los perros detectan sonidos con frecuencias cercanas a los 50.000 Hz y los murcilagos detectan frecuencias cercanas a los 100.000 Hz. El ultrasonido es empleado en medicina para destruir clculos renales sin necesidad de intervencin quirrgica y para realizar exmenes de diagnstico por medio de ecografas. Las ondas de infrasonido son caractersticas de las ondas ssmicas.Los msicos identifican los tonos de las notas musicales por su frecuencia caracterstica. As por ejemplo, la frecuencia de la nota Do es de 256 Hz, mientras que la de la nota La es de 440 Hz.As el sonido ms grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y el ms agudo a 698,5 Hertz.

Ejemplo:calcular la longitud de onda de la nota La, cuya frecuencia es de 440 Hz, si la velocidad del sonido es 340 m/s.

Solucin:De la expresin= v/f, tenemos que: = 340 ms-1/440 s-1 = 0.77 m

b)INTENSIDAD:se relaciona con la cantidad de la energa que transportan las ondas sonoras. Esta caracterstica nos permite diferenciar sonidos fuertes de sonidos dbiles. Definimos la intensidad del sonido como la cantidad de energa transmitida por unidad de rea en la unidad de tiempo. En otras palabras, intensidad es la potencia transmitida por unidad de rea. La intensidad del sonido se expresa en vatios sobre m2(W/m2).

SONIDOINTENSIDAD(W/m2)NIVEL DEINTENSIDAD (dB)

Motor de reaccin102140

Umbral de dolor1120

Automvil sin silenciador10-2100

Fbrica de mquinas10-480

Conversacin en voz alta10-660

Biblioteca tranquila10-840

Susurro10-1020

Umbral de audicin10-120

Tabla 2. Intensidad de algunos sonidos.

El odo humano puede detectar sonidos con una intensidad comprendida entre 10-12W/m2y 1 W/m2.La sensacin del odo se describe por medio de una caracterstica subjetiva llamada volumen del sonido o sonoridad. Si la intensidad de un sonido es 10 veces la de otro, la sonoridad del ms intenso es el doble de la sonoridad del ms dbil.

Nivel de Intensidad:es usual expresar la medida de lo intenso o lo dbil que resulta un sonido con una escala logartmica por medio de la cual a cada intensidadIle corresponde un nivel de intensidad , que se define como:

Nivel de intensidad = = 10 dB . log I/I0

DondeI0es la mnima intensidad audible por el odo humano, es decir 10-12W/m2. El nivel de intensidad se expresa en decibeles (dB). Por cada 10 decibeles se aumenta la intensidad de un sonido, la sonoridad se duplica.

Variacin de la intensidad con la distancia a la fuente:al alejarnos de una fuente que emite un sonido, encontramos que la intensidad disminuye debido a que el medio de propagacin absorbe parte de la energa y a que cuanto ms lejos nos encontremos de la fuente, la potencia se distribuye en un rea mayor. De esa manera tenemos que:I = P/A

La expresin anterior nos dice que la Intensidad es directamente proporcional a la potencia e inversa al rea.Ejemplo:Una fuente sonora emite con una potencia de 0.05 W. Calcular:a)La intensidad que se percibe a 10 m de distancia de la fuente.b)El nivel de intensidad a tal distancia.c)La distancia a partir de la cual no se escucha el sonido proveniente de la fuente.Solucin:a)A 10 m de distancia, la potencia radiada se debe distribuir en una esfera de radio 10 m, cuya rea es:A = 4 . r2=4 . (10 m)2=1.256 m2Por lo tanto:I = P/A = 0.05 W/1.256m2=4,0 . 10-5W/m2

b)El nivel de intensidad es:

= 10 dB . Log I/I0= 10 dB . Log 4,0 . 10-5/10-12=76 dB

c)A la distancia r a la cual no se percibe el sonido proveniente de la fuente, la intensidad debe ser 10-12W/m2.Como I = P/A, tenemos que:10-12W/m2= 0.05 W /4 . r2,donder = 63.078 m.

Tabla 3. Nivel de intensidad del sonido (dB).

Timbre:el timbre del sonido es la caracterstica a la que nos referimos para distinguir los sonidos emitidos por dos fuentes diferentes aunque tengan el mismo tono y la misma intensidad. Por ejemplo, diferenciamos dos sonidos, uno proveniente de un violn y otro proveniente de una flauta aunque produzca la misma nota con la misma intensidad.Pocas veces las ondas sonoras corresponden a sonidos puros, slo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armnica.

Ondas de diferentes instrumentos musicales

6.GLOSARIO:defina con sus propias palabras:

Ondas,sonido,compresin,acstica,propagacin,vibracin,onda mecnica, medio, vaco,amplitud,longitud de onda,frecuencia,periodo, velocidad de propagacin, ondas transversales, ondas longitudinales,la funcin de onda,rapidez del sonido, comprensibilidad, densos,tono,intensidad, nivel de intensidad, variacin de la intensidad con la distancia a la fuente,timbre.

ACTIVIDAD EN EL AULA

7.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las siguientes situaciones:

a)Un sonido tiene una intensidad de 2 x 107W/m2Cul es su nivel de intensidad en decibeles?b)Una persona aumenta el nivel sonoro de su voz de 30 dB a 60 dB. Cuntas veces aument la intensidad del sonido emitido?c)La intensidad de un sonido es el triple de la intensidad del sonido mnimo audible por el hombre. Cul es su nivel de intensidad?d)Teniendo en cuenta que la intensidad del sonido mnimo audible por el hombre es de 1012W/m2, qu distancia mnima debe alejarse una persona de una fuente sonora puntual de potencia acstica 6108 W para no orla?e)Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 80 W de potencia. Calcula la intensidad de las ondas a 3,5 m de la fuente.f)Una intensidad acstica de 10 decibelios corresponde a una energa cuntas veces mayor que una intensidad de cero decibelios; una intensidad de 20 dB representa una energa cuntas veces mayor que la que corresponde a 0 decibelios.

C O N S U L T E Y R E S U E L V A

8.TRABAJO INDIVIDUAL

Resuelva los siguientes problemas:a)Demostrar que si se duplica la intensidad de un sonido, el nivel de sensacin sonora aumenta en 3,0 decibelios.b)Una profesora cuando da clase produce un sonido con una intensidad de 500 veces mayor que cuando susurra. Cul es la diferencia de niveles en decibelios?c)Una fuente sonora produce una potencia acstica de 5 x 10-3 W. Cul es la intensidad de este sonido a una distancia de 6 m?d)Un sonido tiene una intensidad de 10-5W/m2Cul es su nivel de intensidad en decibeles? Este nivel es perjudicial para el odo humano? Si o no y por qu?e)Cul es el mayor nivel de intensidad sonora en decibelios correspondiente a dos ondas de intensidad 10-8W/m2y de 10-6W/m2?f)Calcule la intensidad del sonido generada por una fuente puntual de sonido de 2 w en un punto situado a 5 m de ella.g)Un sonido tiene una intensidad de 2 x 106 w/m2. Cul es su nivel de intensidad en dB?h)La intensidad de un sonido es el doble de la intensidad mnima del sonido audible por el hombre. Cul es su nivel de intensidad?i)Qu distancia mnima debe alejarse una persona de una fuente sonora puntual de potencia acstica 6 x 10-3W, para no orla?j)Una fuente puntual produce una potencia de 4 x 10-2W. Cul es la intensidad del sonido a una distancia de 20 m? El nivel de intensidad correspondiente es audible por el odo humano?

9.TRABAJO EXTRACLASE COLECTIVO

En grupos de trabajo prepare y exponga ante el grupo, alguno de los siguientes fenmenos acsticos que se relacionan a continuacin:a)Efecto Doppler.b)Absorcin y Transmisin.c)Reflexin y Refraccin.d)Difraccin y Radiacin.e)Eco y Reverberacin.f)Ley de Snell.g)Ondas transversales y perpendiculares.h)Proceso de produccin y recepcin fisiolgica del sonido.

A continuacin encontrar una afirmacin y 4 posibles soluciones. Seales con una x la opcin que crea que es la correcta:

1. Recibe el nombre de movimiento ondulatorio:a)La lnea ondulada que se obtiene al agitar una cuerda.b)Cualquier movimiento que produzca ondulaciones en la superficie del agua.c)Una perturbacin que se propaga. xd)Aquellas que pueden ser captadas por una antena.

2. La diferencia entre un pulso y una onda continua radica en que:a)La onda continua se desplaza a mayor velocidad que el pulso.b)El pulso tiene un periodo mayor que el de la onda continua.c)El pulso tiene principio y fin mientras que la onda continua no. xd)La onda continua viaja siempre en lnea recta. El pulso puede cambiar de direccin.

3. Una onda transversal es:a)Aquella en que la direccin de perturbacin y la de propagacin son iguales.b)Aquella que atraviesa de forma transversal el medio.c)El sonido.d)Aquella en que la direccin de perturbacin y de propagacin son perpendiculares. X

4. Cuando una onda se propaga en un medio material:a)Atraviesa ste sin que sin que sus partculas sufran alteracin alguna.b)Hace que las partculas del medio oscilen. xc)Provoca un movimiento uniformemente acelerado en sus partculas.d)Las partculas del medio se mueven con velocidad constante.

5. Se define la longitud de onda como:a)La distancia que separa dos ondas consecutivas.b)La distancia que existe entre el eje x y su punto ms alto (cresta).c)La distancia mnima entre dos puntos que oscilan en fase. xd)La distancia entre el principio y el final de la onda.

6. Se define la amplitud de la onda como:a)La distancia que separa dos ondas consecutivas.b)La distancia que existe entre el eje x y su punto ms bajo (valle).c)La distancia mnima entre dos puntos que oscilan en fase. Xd)La distancia entre el principio y el final de la onda.

7. Indique cul de la siguientes afirmaciones es verdadera:a)El periodo de una onda es de 5 s. xb)El periodo de una onda es de 5 m.c)El periodo de una onda es de 5 Hz.d)El periodo de una onda es directamente proporcional a la velocidad.8. Indique cul de las siguientes afirmaciones es falsa:a)La acstica es la parte de la fsica que estudia el sonido.b)La propagacin del sonido en el aire depende de la temperatura.c)El odo humano puede detectar sonidos con frecuencias entre los 20 y 20.000 Hz.d)El sonido se propaga en el vaco.

9. Para que la sonoridad se duplique es necesario que:a)La longitud de onda aumente 10 m.b)El periodo aumente 10 s.c)La intensidad aumente en 10 dB.d)La frecuencia aumente 10 Hz.

10.La velocidad de propagacin de una onda no depende de:a)Las caractersticas del medio.b)La frecuencia.c)Naturaleza de la onda.d)Ninguna de las anteriores.

Responda las preguntas 11 a 15 de acuerdo al siguiente esquema:

4m

2m

X (m)

11. La longitud de onda es:a)1 m.b)0.4 m.c)4 m.d)0.2 m.

12. La amplitud es:a)2 m.b)4 m.c)1 m.d)0.5 m.

13. El periodo es:a)0.2 s.b)2 s.c)0.4 s.d)4 s.

14. La frecuencia es:a)0.2 Hz.b)0.4 Hz.c)4 Hz.d)5 Hz.

15. La velocidad de propagacin es:a)1 m/s.b)2 m/s.c)3m/s.d)4 m/s.

PROFUNDIZACIN

LA FUNCIN DE ONDA: a partir de la funcin de onda es posible describir la forma de una onda en cualquier instante. Esta funcin depende de la posicin de cada punto, del medio de propagacin y del tiempo. Tenemos entonces que la funcin de onda nos indica la distancia y, de cada punto del medio a la posicin de equilibrio en cada instante t, o sea que y = f(x, t). t=0

Analicemos la grfica para el instante t = 0:

y = A Cos ty = A Cos2t=A Cos2x,para x = v . t,= v . T T

d

2 /

Al trminose le conoce como nmero deonda (k) y no se debe confundir con la constante de elasticidad de un resorte.

La funcin de onda en t=0 se puede escribir como.y = A Cos (k . x)

Si la onda se desplaza una distanciad:y = A Cos [k . (x d)]Debido a que la onda se desplaza una distanciad =v . t:y = A cos [k . (x v . t)]

Luego:y = A Cos [2/. (x v . t) ],y tambin:y = A Cos [2x/ - 2vt/]Comov = /T, tenemos quev/ = 1/T.y = A Cos [k . x . t]

Por lo tanto:y = A Cos [2x/ - 2t/T],por lo que

y = A Cos [k . x . t]

Ejemplo:En el extremo libre ubicado a la izquierda de una cuerda horizontal, tensa y muy larga, se produce un M.A.S. perpendicular a la direccin de la cuerda de amplitud 0.02 m y frecuencia de 8 Hz. Si en el instante t = 0, la perturbacin se propaga a lo largo de la cuerda con velocidad de 20 m/s, calcular:a) La amplitud, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda.b) La ecuacin de la onda.Solucin:a) Como la onda se genera a partir de un M.A.S. la amplitud y la frecuencia son las mismas. Por lo tanto,A = 0.02 m y f = 8 Hz.El periodo es T = 1/f = 1/8 s-1 T = 2.5 s.

A partir de: = v/f = 20 ms-1/8 s-1= 2.5 m

b) Para determinar la funcin de la onda, encontramos los valores de k y de , as:k = 2/= 2/2.5 m k = 2.51 m-1

= 2/T = 2/0.125 s = 50.3 s-1.

y = 0,02 . Cos (2,51 . x 50,3 . t) Por lo tanto, la funcin de la onda es:

y = 0,02. Cos (2,51. x 50,3 . t)

AUTO EVALUACIN

Estudiante:_______________________________ Fecha: _____________

Responda las siguientes preguntas de acuerdo a tu opinin personal.

1. Mi desempeo durante este periodo en el rea de Fsica fue de:

a. Superiorb. Altoc. Bsicod. Bajo

Justifique tu respuesta:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Los temas que ms me agradaron fueron:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. El tema que me causo mayor dificultad fue:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________