miércoles, 13 de junio de 2012

Ondas longitudinales y transversales



ONDAS


Se podría definir una onda como una perturbación que se propaga por el espacio y que es capaz de transportar energía de un punto a otro, pero no materia.


El periodo o ciclo (T) de una onda es el tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa.
La frecuencia (f) del movimiento ondulatorio se define como el número de oscilaciones completas o ciclos por segundo (f=1/T). La unidad de frecuencia es el hertzio (hz.), que toma el nombre del físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, 1 Hertz = ciclo por segundo.
La amplitud es el desplazamiento máximo desde la posición de equilibrio.
La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o senos consecutivos de la onda. 
La velocidad de propagación (V) de las compresiones o la velocidad de fase de la onda es igual al producto de la frecuencia por la longitud de onda: v= f.λ. 
Existen diversas clasificaciones (todas incompletas) para las ondas. En una de ellas hablamos de ondas longitudinales y ondas transversales.

































ONDAS TRANSVERSALES
Las ondas que provocan un movimiento oscilatorio de las partículas del medio de transmisión en dirección    perpendicular a la de propagación se llaman ondas transversales. Tal es el caso por ejemplo de las ondas electromagnéticas y de las ondas S en un medio elástico. Cuando arrojamos una piedra a un estanque,creamos una perturbación que se propaga en el agua.

Esta situación se muestra en la ilustración de la derecha.






Ondas transversales producidas por el impacto de una piedra en el agua.                      



La onda puede ser descrita por una magnitud A llamada amplitud que varía en función de la distancia x al punto de impacto. Podemos identificar la amplitud A(x) con la distancia que nos indique la variación del nivel del agua respecto de su estado en reposo. Su unidad es el metro (m) en el SI.
















ONDAS LONGITUDINALES

La perturbación es perpendicular y tiene la misma  dirección que la propagación.
Tal es el caso por ejemplo de las ondas de presión en un fluido y de las ondas tipo P en un medio elástico.
Un ejemplo muy importante lo constituyen las ondas sonoras propagándose en cualquier medio material (sólido, líquido o gaseoso). Durante la propagación de la onda, las moléculas del medio oscilan en la dirección de propagación. Otro ejemplo de estás ondas es el de una onda en un muelle como se muestra a continuación.

















SONIDO

El sonido es el resultado de una vibración que se transmite por medio de ondas a través del medio en el que se ha producido originalmente.
Por lo evidente, no nos extraña nada en absoluto la percepción que a diario tenemos en nuestros oídos de aquellos sonidos que se producen en algún punto más o menos alejado de nosotros. Si tenemos en cuenta que el espacio que nos rodea está lleno de aire, es fácil deducir que el sonido tiene la propiedad de desplazarse a través de dicho medio. Sin embargo, a pesar de que los sonidos producidos sean de una magnitud elevada, la distancia que pueden recorrer es relativamente escasa, a lo sumo de algunas centenas de metros, o, en el caso de los más estruendosos y atronadores,varios kilómetros de distancia.
Como vemos, la distancia que podemos alcanzar transmitiendo un sonido como tal es francamente corta y además depende excesivamente de las condiciones atmosféricas que nos rodeen en el momento de producirlo. 






La vibración del elástico produce un sonido





CUALIDADES DEL SONIDO

Generalmente se utilizan cuatro cualidades subjetivas para describir un sonido musical: intensidad, tono, timbre y duración. Cada uno de estos atributos depende de uno o más parámetros físicos que pueden ser medidos.                                                                                                                                   



Desde el punto de vista de la intensidad, los sonidos pueden dividirse en fuertes y débiles. La intensidad depende principalmente de la presión sonora (intensidad), pero también del espectro de parciales y de la duración.
El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo o alto y otro grave o bajo. Para un sonido puro el tono viene determinado principalmente por la frecuencia, aunque también puede cambiar con la presión y la envolvente.
El timbre de un sonido es la cualidad en virtud de la que podemos distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos focos sonoros diferentes. El timbre se debe a que generalmente un sonido no es puro y depende principalmente del espectro. Pero también depende en gran manera de la envolvente y de la frecuencia.
La duración física de un sonido y la percibida están muy relacionadas aunque no son exactamente lo mismo. La duración percibida es aquel intervalo temporal en el que el sonido persiste sin discontinuidad.


























VELOCIDAD DEL SONIDO EN DISTINTOS MEDIOS Y EFECTO DOPPLER


El sonido se propaga en el aire a una velocidad de 340 m/s a temperatura normal (aproximadamente a 20º).

Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos necesita un espacio o medio de propagación, este normalmente suele ser el aire la velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º es de 331,6 m/s.

La velocidad de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.
La velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica. Como hemos visto cuando mayor sea la temperatura del ambiente menos rápido llegara el sonido a nuestros oídos, es por eso que algunas personas dicen que "en invierno se suele escuchar mejor" es decir, a mayor temperatura menor respuesta del sonido en el aire.

MEDIO

TEMPERATURA (C°)

VELOCIDAD (m/s)
Aire
0
331,46
Argón
0
319
Bióxido de Carbono
0
260,3
Hidrógeno
0
1286
Helio
0
970
Nitrógeno
0
333,64
Oxigeno
0
314,84
Agua destilada
20
1484
Agua de mar
15
1509,7
Mercurio
20
1451
Aluminio
17-25
6400
Vidrio
17-25
5260
Oro
17-25
3240
Hierro
17-25
5930
Plomo
17-25
2400
Plata
17-25
3700
Acero inoxidable
17-25
5740

El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distinta densidad. En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases  (como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.509,7 m/s en el agua y de unos 5.930 m/s en el acero  Un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente.
Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio. Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia.
No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio.
El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. El sonido no se propaga en el vacío.
















El efecto Doppler


Es el aparente cambio en la frecuencia de un sonido dependiendo de la posición del observador con respecto a la fuente del sonido.
Por ejemplo, si un observador está enfrente de una ambulancia en movimiento, la frecuencia del sonido la percibirá mayor que si se encuentra detrás de la ambulancia. Esto es debido a que cuando está enfrente le llegan más crestas de onda por segundo que si se encuentra detrás.





















MECANISMO DE AUDICIÓN HUMANA



La manera en que podemos producir los sonidos es muy variada. Por ejemplo, si tomamos como patrones los instrumentos musicales, tenemos algunos en los que utilizamos la percusión, en otros el viento, en otros utilizamos cuerdas tensadas, otros son de tipo electrónico y disponen de altavoces, etc... Sin embargo, sea cual sea el modo en que un sonido se produzca, todos ellos tienen algo en común que hace que puedan llegar a nuestros oídos, que podamos sentir su presencia y dar cuenta de ellos mediante nuestros tímpanos.

Cuando se produce el sonido se crean las ondas sonoras que viajan a través del aire y al llegar a nuestros tímpanos los hacen vibrar, de manera que esta excitación llega a nuestro cerebro el cual la transforma fielmente y nos hace tener la sensación de lo que conocemos normalmente como un sonido de tal o cual naturaleza.





















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