Sonido Sonido

Capítulo 22Física Sexta ediciónPaul E. Tippens

Capítulo 22Física Sexta ediciónPaul E. Tippens

Producción de una onda sonoraProducción de una onda sonora La velocidad del sonidoLa velocidad del sonido Vibración de columnas de aireVibración de columnas de aire Vibración forzada y resonanciaVibración forzada y resonancia Ondas sonoras audiblesOndas sonoras audibles Tono y timbreTono y timbre Interferencia y pulsacionesInterferencia y pulsaciones Efecto DopplerEfecto Doppler

Producción de una onda sonoraProducción de una onda sonora

El El sonido sonido es una es una onda mecánica onda mecánica longitudinal que se longitudinal que se propaga a través de propaga a través de un medio elástico.un medio elástico.

Dos cosas deben existir para Dos cosas deben existir para producirproducir una onda sonora: una onda sonora:

• Una Una fuentefuente de vibración mecánica. de vibración mecánica.• Un medio elástico donde pueda Un medio elástico donde pueda

viajar la perturbación. viajar la perturbación.

Las ondas sonoras Las ondas sonoras consisten en consisten en bandas bandas alternantes alternantes de de compresióncompresión y y rarefacciónrarefacción. .

La velocidad del sonidoLa velocidad del sonido

vY

=ρ

vY

=ρAlambre Alambre

vB S

=+ 4

3

ρv

B S=

+ 43

ρSólido Sólido extendidoextendido

vB

=ρ

vB

=ρ

FluidoFluido

vP RT

M= =

γρ

γvP RT

M= =

γρ

γGasGas

donde:

v = velocidad del sonido

Y = módulo de Young

ρ = densidad

B = módulo de volumen

S = módulo de corte

γ = constante adiabática (1.4 para el aire)

P = presión

T = temperatura absoluta

M = masa molecular

donde:

v = velocidad del sonido

Y = módulo de Young

ρ = densidad

B = módulo de volumen

S = módulo de corte

γ = constante adiabática (1.4 para el aire)

P = presión

T = temperatura absoluta

M = masa molecular

Vibración de columnas de aireVibración de columnas de aire

Tubo cerradoTubo cerrado

• El El extremo cerrado extremo cerrado de un tubo debe ser de un tubo debe ser un un nodonodo de de desplazamiento.desplazamiento.

• El El extremo abierto extremo abierto de un tubo debe ser de un tubo debe ser un un antinodoantinodo de de desplazamiento. desplazamiento.

fnv

ln =4

fnv

ln =4

Vibración de columnas de aireVibración de columnas de aire

Tubo abiertoTubo abierto

Una columna de aire Una columna de aire que vibra en un tubo que vibra en un tubo abiertoabierto en ambos en ambos extremos extremos debe estar debe estar limitada por limitada por antinodos de antinodos de desplazamiento. desplazamiento.

fnv

ln =2

fnv

ln =2

Vibración forzada y resonanciaVibración forzada y resonancia

Vibración forzadaVibración forzada, ocurre cuando un cuerpo , ocurre cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con que está vibrando se pone en contacto con otro, y el segundo cuerpo se ve forzado a otro, y el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia. vibrar con la misma frecuencia.

ResonanciaResonancia o o vibración simpáticavibración simpática, ocurre cuando un , ocurre cuando un cuerpo actúa con una serie de impulsos periódicos con cuerpo actúa con una serie de impulsos periódicos con una fecuencia similar a las frecuencias naturales del una fecuencia similar a las frecuencias naturales del cuerpo y el cuerpo se pone a vibrar con una amplitud cuerpo y el cuerpo se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande.relativamente grande.

Ondas sonoras audiblesOndas sonoras audibles

Sonido audible Sonido audible es el que es el que corresponde a las ondas corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de sonoras en un intervalo de frecuencias de frecuencias de 20 a 20,000 Hz20 a 20,000 Hz. . Las ondas sonoras que tienen Las ondas sonoras que tienen frecuencias por frecuencias por debajodebajo del del intervalo audible se intervalo audible se denominan denominan infrasónicasinfrasónicas. . Las ondas sonoras que tienen Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del frecuencias por encima del intervalo audible se llaman intervalo audible se llaman ultrasónicasultrasónicas. .

La La intensidad sonora intensidad sonora es es la potencia transferida la potencia transferida por una onda sonora a por una onda sonora a través de unidad de área través de unidad de área normal a la dirección de normal a la dirección de la propagación. la propagación.

IP

A=I

P

A=

El El umbral del audición umbral del audición representas el patrón de representas el patrón de la intensidad mínima para la intensidad mínima para que un sonido sea audible.que un sonido sea audible.

El El umbral del dolor umbral del dolor representa representa la intensidad máxima que el la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar oído promedio puede registrar sin sentir dolor. sin sentir dolor.

Nivel de intensidadNivel de intensidad

El El nivel de intensidadnivel de intensidad,, ,, en en decibelesdecibeles (dB) se basa en una (dB) se basa en una escala logarítmica que compara la intensidadescala logarítmica que compara la intensidad I I de un de un sonido con el sonido con el umbral auditivoumbral auditivo, , II00..

010logII=Nivel de intensidad (dB)Nivel de intensidad (dB)

II00 = = 1 x 101 x 10-12-12 W/m W/m22

Ejemplos:Ejemplos: Murmullo 20 dB

Conversación normal 65 dB

Umbral de dolor 120 dB

Motor a propulsión 140 dB

Tono y timbreTono y timbre

El oído interpreta el El oído interpreta el tonotono de un sonido en términos de un sonido en términos de la frecuencia del sonido.de la frecuencia del sonido.

El El timbretimbre de un sonido se determina por el número de un sonido se determina por el número y las intensidades relativas de los sobretonos presentes. y las intensidades relativas de los sobretonos presentes.

Interferencia y pulsacionesInterferencia y pulsaciones

Las Las pulsacionespulsaciones son pulsaciones son pulsaciones con intensidad con intensidad regular que regular que ocurren en la ocurren en la presencia de dos presencia de dos sonidos con sonidos con frecuencias frecuencias ligeramente ligeramente diferentesdiferentes..

Número de pulsaciones por segundo = |f - f’|Número de pulsaciones por segundo = |f - f’|

El efecto DopplerEl efecto Doppler

El El efecto Doppler efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un movimiento frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente.relativo de la fuente y del oyente.

fV Vf

V vos

s

=′=

−λf

V Vf

V vos

s

=′=

−λFuente en Fuente en

movimientomovimiento

( )f

f V v

Vos=

+ 0( )

ff V v

Vos=

+ 0Observador Observador en movimientoen movimiento

f fV v

V vo ss

=+−

0f fV v

V vo ss

=+−

0Movimiento Movimiento generalgeneral

donde: fo = frecuencia observadafs =frecuencia de la fuenteV = velocidad del sonidovo = velocidad del observador vs = velocidad de la fuente

donde: fo = frecuencia observadafs =frecuencia de la fuenteV = velocidad del sonidovo = velocidad del observador vs = velocidad de la fuente

Las velocidades son positivas para un acercamiento y negativas para un alejamiento.

Las velocidades son positivas para un acercamiento y negativas para un alejamiento.

Conceptos clave Conceptos clave

• Sonido Sonido • Compresión Compresión • Condensación Condensación • Resonancia Resonancia • Infrasónico Infrasónico • Ultrasónico Ultrasónico • Sonoridad Sonoridad • Intensidad Intensidad • Decibeles Decibeles • Tono Tono

• Vibración forzadaVibración forzada• Sonido audibleSonido audible• Umbral de la audiciónUmbral de la audición• Umbral del dolorUmbral del dolor• Nivel de intensidadNivel de intensidad• Frecuencia Frecuencia • Timbre Timbre • Forma de onda Forma de onda • Pulsaciones Pulsaciones • Efecto DopplerEfecto Doppler

Resumen de ecuaciones Resumen de ecuaciones

vY

=ρ

vY

=ρ

vB S

=+ 4

3

ρv

B S=

+ 43

ρ

vB

=ρ

vB

=ρ

vP RT

M= =

γρ

γvP RT

M= =

γρ

γ

fnv

ln =4

fnv

ln =4

fnv

ln =2

fnv

ln =2

IP

A=I

P

A=

pulsaciones por segundo = |f - f’|pulsaciones por segundo = |f - f’|

fV Vf

V vos

s

=′=

−λf

V Vf

V vos

s

=′=

−λ

( )f

f V v

Vos=

+ 0( )

ff V v

Vos=

+ 0

f fV v

V vo ss

=+−

0f fV v

V vo ss

=+−

0

010logII=