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Capitulo 5 Ondas y Sonido
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Ondas
• Que son ondas? Las ondas envuelven vibración y occilación de algún tipo.
• El tocar la superficie del agua causa ondas en circulos viajando desde el origen hacia afuera
• Nuestros oidos son receptores de occilaciones de moleculas en forma de sonido
• La ondas tambien tienen energia pero no tienen masa, son bandas comprimidas de energía
• Un sonido agudo de una bocina es capaz de romper una copa de vidrio
Tipos de ondas
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Ondas
• Un disturbio viajante que consiste de vibraciones coordinadas que transmiten energía sin movimiento neto de la materia
• El sonido, las ondas de agua y otros tipos similares de ondas consisten de vibración de materia, en la mayoría de los casos la materia es agua o aire.
• Esa substancia por la cual viaja la onda se le conoce como medio de transporte de la onda.
• Estas partículas vibran por ese medio de un modo coordinado para formar la onda.
• Si no hay materia no viaja la onda
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Ondas
• Las ondas de vibración requieren un medio para desplazarse.
• Como el sonido, ondas de agua, una onda a través de una cuerda y otros son ejemplos de ondas que no pueden existir en un vacio.
• En un vacio no hay materia• Por otra parte las ondas de luz, radio,
microondas y rayos X si pueden viajar a través del vacío por que no requieren un medio para su propagación. Véase Ondas Electromagnéticas
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Ondas
• Las ondas se transportan en una gran variedad de substancias tales como
• Gases – sonido• Líquidos – ondas• Sólidos – ondas sísmicas• Algunas trabajan en forma lineal como el caso
de la cuerda. Otras trabajan superficial como en el agua y otras trabajan a través del espacio en cualquier dimensión como el sonido.
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Tipos de Onda
• La ondas las podemos identificar por onda de pulso y onda continua.
• Una explosión, un flash, una ola, los latidos del corazón son ejemplos de de pulso.
• La vibración de una cuerda, la luz, del sol son ondas continuas.
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Tipos de onda
• También podemos clasificar las ondas por su orientación de oscilación de onda.
• Onda Transversal– Donde la onda oscila de forma perpendicular a la
dirección de onda• Ondas en una Cuerda, ondas electromagnéticas, ondas
sísmicas
• Onda Longitudinal– Onda en la cual las oscilaciones van a lo largo de el
viaje de onda• Sonido en el aire
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Diagrama de la onda
• Amplitud (Amplitude): es el máximo desplazamiento de puntos en una onda, medida desde un punto equilibrado
• Es la distancia máxima del pico de una onda o de un valle de una onda
• Esta puede ser uno pocos milímetros como también metros de distancia
• Cuando escuchamos sonidos a mayor amplitud mas fuerte será el sonido
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Diagrama de la onda
• Largo de onda (wavelengh): es la distancia entre dos picos sucesivos en una onda. Tambien pueden medirse entre dos valles. Su símbolo es conocido como lambda (λ)
• El largo de onda del sonido puedes ser escuchado por los humanos desde 2cm a 17 metros.
• Cualquier segmento de la onda que compete su largo se le conoce como un ciclo de onda
• La amplitud y largo de onda son funciones independientes de una onda
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Diagrama de onda
• Frecuencia (Fecuency): el numero de ciclos de onda pasando por un punto por unidad de tiempo. Mejor conocido como oscilaciones por segundo.
• Su símbolo es f • La frecuencia se mide en Hertz o segundos -1
• Bajo condiciones ideales una persona podría escuchar sonidos con frecuencias entre 20Hz a 200 Hz.
• La frecuencia es mas conocida en casos por ejemplo cuando hablamos de las radio emisoras. Las radio emisoras transmiten en kilohertz (kHz) en AM o en megahertz (mHz) en FM.
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Ondas
Compresión
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Longitudinal vs Transvensal
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Velocidad de onda
• La velocidad de onda es la rapidez del movimiento del disturbio.
• Para calcular la velocidad de sonido utilizaremos la formula
• v = k x √T donde k es la constante del medio en donde viaja la onda característico de cada materia. T es la temperatura en kelvin
• Para el caso de una onda viajando por el aire seria v = 2.01 x √T
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Velocidad de onda
• La velocidad de onda, su largo de onda y su frecuencia están relacionadas una a la otra en un modo simple.
• La velocidad de onda es igual al numero de ciclos por cada segundo a través de un punto y multiplicado por el largo de cada ciclo.
• Velocidad de onda = numero de ciclos X largo de cada ciclo
• Si lo vemos como formula diríamos que • La velocidad continua es igual al producto de
frecuencia de la onda por el largo de ondav = f λ
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Aspectos de Propagacion
• Reflexion
• Effecto Droppler
• Bow Waves & Shock waves
• Difraccion
• Interferencia
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Reflexion
• Una onda hace reflexión cuando se encuentra con un obstáculo durante su recorrido
• Lo podríamos ver como un rebote de la onda con el obstáculo, barrera o cualquier otra cosa
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Reflection
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Efecto Droppler
• Se define como un aparente cambio en la frecuencia de onda debido al movimiento de la fuente de la onda o el receptor
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Doppler
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Bow waves & Shock waves
• Cuando la fuente o origen de la onda viaja mas rápido que la onda.
• La podemos ver en la estela en forma de V que dejan los botes cuando navegan
• Los aviones cuando rompen la barrera del sonido crean un Shock wave en su parte trasera.
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Difracción
• Este efecto se ve cuando la onda encuentra una barrera con un Gap de por medio, esta onda pasa por ese gap y se esparce hacia todos lados.
• Un ejemplo sería cuando el sonido de la TV pasa por la puerta del cuarto y luego se esparce a todas partes después de la puerta.
• Gap es un espacio o un vacio
Difracción
Difracción
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Gap
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Interferencia
• Se alcanza cuando dos ondas continuas con amplitud y frecuencia similares se encuentran en un mismo punto.
• Esto lo vemos por ejemplo cuando se escuchan dos estaciones de radio en la misma frecuencia
• Sucede en los hospitales cuando la señal de los celulares afecta lo equipos electronicos
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Sonido
• La experiencia mas común de sonido se obtiene con el aire, pero el sonido se transporta también por los líquidos y por los sólidos.
• Cuando hablamos podemos sentir nuestro sonido por nuestros tejidos y por nuestros huesos.
• La velocidad del sonido depende de la consistencia de la materia y de los enlaces de sus partículas
• A mayor consistencia mas rápido viaja
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Sonido
• La velocidad del sonido es mayor en líquidos y sólidos en comparación de los gases. Esto se debe a los fuertes enlaces entre sus moléculas.
• El sonido que viaja en los gases y líquidos, viaja en forma longitudinal, mientras que en los sólidos viaja en forma longitudinal o transversal
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Sonido• Los sonidos son causados por vibración.
• Cualquier cosa que vibre y logre vibrar las partículas a su alrededor lograra sonido.
• La presión del aire durante un sonido es mayor a la presión atmosférica debido a que en cada compresión de onda las partículas son comprimidas entre ellas.
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SonidosPodemos decir que el sonido son
fluctuaciones de presión de aire y vibración de moléculas
Compresión y Rarefacción• Las bandas obscuras o los picos de las
ondas son la compresión
• Los espacios vacios es rarefacción
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Clasificacion
• Los sonidos son clasificados por la forma de su onda, por su frecuencia y largo de onda.– Sonido Puro– Tono Complejo– Ruido– Infrasonido– Ultrasonido
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Tipos de sonido
• Tono puro, Sonido de forma senoidal. Lo podemos ver cuando se logra una nota constante en un silbido o un instrumento.
• Complejo, es en forma repetitiva logrando un patrón pero no de forma senoidal
• Ruido, son ondas aleatorias que no son repetitivas o forman un patrón
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Sonidos
Puro
Complejo
Ruido
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Tipos de Sonido• Sonidos del rango auditivo del ser humano van entre los
20 a 20,000 Hertz .• Infrasonidos, poseen frecuencias menores de 20 Hertz.
Los elefantes y las ballenas logran llegar a esas frecuencias.
• Ultrasonidos, Sonidos con frecuencias mayores de 20,000 Hertz. Los gatos murciélagos, perros, ratones logan llegar a esas altas frecuencias
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Producción del Sonido
• El sonido es producido cuando vibraciones causan variación de presión en el aire.
• Una placa, una membrana una cuerda una barra que vibre causara sonido.
• El cono de una bocina vibrando, un plato de una batería, el cuero de un tambor vibran para crear sonido
• Una campana, un triangulo, los xilófonos en fin todos los instrumentos de percusión producen sonidos por vibración
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Producción de Sonio
• Los violines, las guitarras y pianos son ejemplos de cuerdas que vibran.
• Los instrumentos de cuerda como la guitarra tienen un puente en madera al final para recoger esa vibración y pasarla al cajo de la guitarra, de ese modo el sonido se amplifica.
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Producción del sonido
• En los instrumentos de viento tales como la flauta trompeta son otra manera de vibración para producir sonido.
• Pulsos de presión se mueven a lo largo de tubo del instrumento dado que el músico constantemente lleva esas vibraciones fuera del instrumento, creando la música que creamos.
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Creación del sonido
• En el ser humano el aire pasa por las cuerdas vocales creado los sonidos que hacemos a la velocidad que le demos al aire desde nuestros pulmones.
• Al inhalar helio nuestra voz se escucha mas aguda y eso se debe a que en el helio el sonido viaja mas rápido que en el aire.
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Percepción del sonido
• El sonido se clasifica en tres categorías– Pitch, esta percepción de cuan alto o bajo es
el sonido– Intensidad (Fuerza, intensidad, volumen),
propiamente se describe – Calidad del Tono, es la particularidad de
poder distinguir entre dos sonidos diferentes.
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Pitch
• Este depende completamente de la frecuencia de la onda. A mayor frecuenca mayor es el pitch.
• Un soprano tiene un pitch alto, mientra que un tenor con voz grave tiene un pitch bajo.
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Intensidad y Amplitud
• Se determina por la amplitud de la onda de sonido• A mayor amplitud mayor será ese fuerza o volumen de
onda de sonido. A mayor presión de sonido mayor será el nivel del sonido.
• Estas se miden por unidades de decibeles dB mejor conocida como la unida estándar para medir el nivel de sonido
• Decibelio (dB) es la unidad relativa empleada en acustica y telecomunicación para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.
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Loudness• Un sonido puede distinguirse de otro solo por
sus dB.• El nivel de sonido mas bajo podría escucharse
bajo condiciones ideales a cero dB como lo seria frotar la piel, mientras a 120 dB seria un sonido intolerable o ensordecedor similar a la turbina de un jet en despegue.
• Para que un sonido sea notable debe alcanzar 1 dB
• Si dos sonidos son combinados a dB similares el aumento entre ellos no hace mucha diferencia.
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Calidad de tono
• La calidad del tono es lo que diferencia cada sonido con el resto de los demás, así como nos identificamos cada uno por nuestra vos asimismo identificamos cada instrumento
• Esta depende de la forma de su onda, si dos sonidos tienen diferentes formas de onda entonces la podemos diferenciar
• La forma mas simple de onde seria la del tono puro que tiene forma senoidal.
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Calidad del tono
• Cualquier forma de tono complejo seria la combinación de dos o mas ondas senoidales con amplitudes definidas
• Estas ondas complementan lo que llamaremos harmónica
• Las frecuencias de una armónica son múltiples números de frecuencias en un onda compleja.
• Esto significa que cualquier tono complejo es la combinación de tonos puros llamados harmónica.
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Calidad del tono