CAPÍTULO 1. Ondas sonoras

1. CAPÍTULO 1. Ondas sonoras

2. Movimiento ondulatorio http://www.youtube.com/watch?v=yVkdfJ9PkRQ&feature=player_embedded

3. Movimiento ondulatorio Las movimientos ondulatorios (ondas) son, fundamentalmente, de dos clases: mecánicas y electromagnéticas.  Las ondas mecánicas necesitan un medio material para propasarse; las electromagnéticas se propagan a través del vacío. Propagación de ondas electromagnéticas (luz) del vacío y de la atmósfera. Propagación de ondas mecánicas a través de un fluido

4. Movimiento ondulatorio Cuando hablamos hacemos vibrar con nuestra laringe (cuerdas vocales) el aire circundante. La perturbación, onda mecánica, se propaga por el medio (aire, agua.. ) hasta el receptor. Cuando utilizamos el teléfono móvil, las ondas que transportan los datos se transmiten a través del vacío y llegan a los repetidores que comunican con otros teléfonos.

5. El movimiento ondulatorio El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

6. Clases de ondas Longitudinales: La oscilación se desplaza en la dirección de la propagación. El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

7. Clases de ondas Transversales: El medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de la propagación. Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

8. PROPIEDADES • Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio. • Las ondas transversales pueden ser mecánicas (ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz o las ondas de radio). • Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como los terremotos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que se mueven de forma circular.

9. Elementos de una onda transversal Cresta Amplitud Valle Longitud de onda

10. Elementos de una onda transversal • Valle: punto más bajo de la onda • Cresta: punto más alto de la onda • Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos. • Amplitud: altura de la cresta o del valle.

11. Elementos del movimiento ondulatorio Frecuencia (f): Número de oscilaciones por segundo. Se mide en hertzios (Hz) 1 Hz = una oscilación en un segundo Período (T): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f) Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)

12. La frecuencia y el sonido • El tono del sonido depende de la frecuencia. • A frecuencias bajas corresponden sonidos graves. • A frecuencias altas corresponden sonidos agudos.

13. Elementos del movimiento ondulatorio • Longitud de onda (λ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. • Velocidad de transmisión (v): velocidad a la que se propaga. • Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x período • Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia λ = v·T λ = v/f v=λ·f

15. El Sonido El Sonido se propaga mediante ondas longitudinales. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases. La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de unos 340 m/s. En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600 m/s En la madera es de 3.900 m/s En el acero es de 5.100 m/s

16. Efecto Doppler El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo y más grave si la fuente se aleja. Si se encuentra en la misma posición que el observador, el tono es el mismo. Esto ocurre cuando un móvil que emite un sonido se mueve en el sentido de las ondas sonoras: si se aproxima, al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo; si se aleja la longitud de onda es mayor y el sonido más grave.

17. EfectoDopplerOndas con fuente de sonido en reposo

18. Efecto DopplerOndas con fuente de sonido en movimiento

19. Efecto DopplerOndas con fuente de sonido igualando a la velocidad del sonido

20. El móvil que supera la velocidad del sonido es “supersónico”. En ese momento se produce un estampido debido a la compresión a que está sometido el aire • El avión “supersónico” • Un avión que “rompe la barrera del sonido”. Enlace

21. Efecto Doppler: descripción matemática v’ v’ v v0 v v v0 v0 Cuando el observador se mueve hacia la fuente con velocidad v0, la velocidad de la onda es v’ = v + v0. La frecuencia de la onda es entonces: f ’ = v’ / l = (v + v0) / l ó f ’ = f (1 + v0/v) Si el observador se aleja de la fuente, la frecuencia es f ’ = f (1 -v0/v)

22. l’ vs Cuando la fuente se mueve hacia el observador con velocidad vs, durante cada vibración la fuente se encuentra a una distancia x: x = vs·T = vs/f Y la longitud de onda se acorta en esa cantidad. l’ = l-vs/f Entonces f ’ = v / l’ = v /(l-vs /f ) = v /(v /f-vs /f) ó f ’ = f /(1-vs/v)

23. Similarmente, si la fuente se aleja del observador se tiene que: Los dos resultados se pueden resumir en Los signos superiores se refieren al movimiento de uno hacia el otro, y los inferiores se refieren al movimiento de uno alejándose del otro. Video

24. Frente de choque cónico vt S0 S1 S2 SN q 2 1 0 vS t Cuando vs excede la velocidad del sonido, se forma una onda de choque, como se muestra. Video

25. Ejemplo • Un tren pasa por un andén a una velocidad constante de 40 m/s. El silbato del tren suena a una frecuencia característica de 320 Hz. • ¿Qué cambio en la frecuencia detecta una persona en la plataforma conforme el tren se acerca? • b) ¿Qué longitud de onda detecta una persona conforme el tren se aproxima? f ’ = 320(340 + 0)/(340 – 40) = 362 Hz l’ = v / f’ = 340/362 = 0,95 m v0 = 0 vs = 40 m/s f = 320 Hz