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- 1. Física III 6to cuatrimestre (1er Parcial) Bloque I.-Características de las ondas electromagnéticas y acústicas
- 2. Secuencia Didáctica 2.- ¿Que es la acústica?
- 3. 1. ¿Qué es una onda sonora? 2. Explica con un ejemplo o situación de tu vida cotidiana, ¿Cómo puedes generar un sonido? 3. Anota tres ejemplos de fenómenos acústicos presentes en tu entorno.
- 4. La acústica es la parte de la física que estudia la producción, transmisión, recepción, control y audición de los sonidos. El sonido es una perturbación que al producirse en un medio elástico, se propaga en forma de ondas sonora, hasta llegar al oído, donde se produce la sensación de audibilidad. En el humano, el sonido, se percibe cuando un objeto vibra, en un rango de frecuencia comprendido entre 15 y 20,000 ciclos/seg, conocida como frecuencia del espectro audible.
- 5. Para que el sonido se propague, son necesarios los siguientes elementos: 1. Fuente de ondas sonoras. 2. Un medio material donde se propague la onda sonora. 3. Un receptor para las ondas sonoras.
- 6. Al inicio del bloque clasificamos a las ondas sonoras, como ondas mecánicas longitudinales, debido a que las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda. El sonido se produce cuando un cuerpo vibra y se propaga a partir de ondas mecánicas longitudinales en todas las direcciones, por lo que se le clasifica como una onda tridimensional o espacial. Fuentes de sonido: este concepto se refiere a las emisoras de ondas sonoras y se clasifican en tres tipos: 1. Cuerdas en vibración, por ejemplo el violín y las cuerdas humanas. 2. Columna de aire en vibración, por ejemplo el órgano y la trompeta. 3. Placas y membranas en vibración, por ejemplo el tambor y el magnavoz. Columna de aire en vibración Membranas en vibración Cuerdas en vibración
- 7. Los límites de audición para el oído humano procedentes de estas y otra fuentes, son de una frecuencia aproximada de 20 a 20000 Hz. Si la frecuencia de una onda es menor al límite inferior, se le llama onda infrasónica, y si es mayor al límite superior se le llama onda ultrasónica. Velocidad de propagación del sonido. La velocidad con que se propaga un sonido depende del medio elástico y de su temperatura. En la siguiente tabla se muestran algunos de estos valores, en la cual se observa que la velocidad es mayor en los sólidos que en los líquidos y gases. Velocidad del sonido Medio elástico Velocidad m/s Temperatura °K Aire 331.4 273 Aire 340 288 Agua 1435 281 Oxígeno 317 273 Hierro 5130 293 Aluminio 5100 293 Vidrio 4500 293
- 8. Fenómenos acústicos. Los fenómenos acústicos, son consecuencia de algunos efectos auditivos, provocados por el sonido. A continuación describiremos brevemente estos fenómenos. Reflexión Este fenómeno se produce cuando las ondas sonoras se reflejan al chocar con un objeto solido. Eco Fenómeno originado por la repetición de un sonido reflejado.
- 9. Resonancia La resonancia se presenta cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia. Reverberación La reverberación se produce después de escucharse un sonido original, éste persiste dentro de un local como consecuencia del eco
- 10. Cualidades del sonido. Intensidad. Esta cualidad determina si el sonido es fuerte o débil. La intensidad depende de tres factores que son, la amplitud de onda, de la distancia entre la fuente sonora y el oyente y de la superficie que vibra. La intensidad de un sonido expresa la cantidad de energía acústica que en un segundo pasa a través de una superficie de un cm2, perpendicular a la dirección en la cual se propaga la onda. Las unidades de intensidad sonora (Is) son: Is = Joules/s = watt 1 cm2 cm2 El intervalo de intensidad que el oído humano es capaz de percibir es muy grande, por eso se creó una escala logarítmica para medirlas, usando como unidades el bel (B) y el decibel (dB), como se muestra a continuación: B = log I_ I´ Donde: B = relación entre las intensidades del bel (B) I = Intensidad de un sonido en watt cm2 I´= Intensidad del otro sonido en watt cm2 Como el Bel es una unidad muy grande, se usa el decibel que equivale a: 1dB = 0.1 B
- 11. Tono. El tono es una cualidad que depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo emisor del sonido. A mayor frecuencia, el sonido es más alto o agudo; a menor frecuencia, el sonido es más bajo o grave. Timbre. Esta cualidad permite identificar la fuente sonora, aunque distintos instrumentos produzcan sonidos con el mismo tono e intensidad. Por ejemplo el timbre nos permite identificar las voces de personas conocidas, así como los instrumentos que producen un sonido.
- 12. Efecto doppler. El efecto doppler consiste en un cambio aparente de la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora. Por ejemplo al escuchar la sirena de una patrulla, notamos que el tono se hace agudo a medida que se acerca y después se hace grave al alejarse.
- 13. Para escuchar la frecuencia aparente de un sonido que escucha un observador, se tienen las siguientes situaciones: a) Cuando la fuente sonora está en movimiento y el observador se encuentra en reposo, se usa la expresión: f ´ = f V V + v Donde: f ´ = frecuencia aparente escuchada por el observador en ciclos /s f = frecuencia real del sonido emitido por la fuente sonora en ciclos/s V= valor de la velocidad a la que se propaga el sonido en el aire en m/s v = valor de la velocidad a la que se mueve la fuente sonora en m/s. b) Si la fuente sonora permanece en reposo y el observador es quien se acerca o aleja de ella, se usa la siguiente expresión: f ´ = f (V + v ) V Nota: el signo menos de la expresión se utiliza si la fuente sonora se acerca al observador, y el signo más cuando se aleja de él.
- 14. Ejemplo : Una ambulancia lleva una velocidad cuyo valor es de 70 km/h y su sirena suena con una frecuencia de 830 Hz. Qué frecuencia aparente escucha un observador que está parado cuando: a) La ambulancia se acerca a él b) La ambulancia se aleja de él. Considere la velocidad del sonido en el aire con un valor de 340 m/s. Nota: el signo más de la expresión se utiliza si el observador se acerca a la fuente sonora, y el signo menos cuando se aleja de ella. Datos Formula V=70 km/hr f’= f V f=830 Hz V + v f’=? V=340m/s Conversión de unidades 70 km x 1000 m x 1 h = 19.44 m/s h 1 km 3600s
- 15. Sustitución y resultado a) f ´ = ( 830 ciclos/s)(340 m/s) = 880.33 Hz 340 m/s - 19.44 m/s b) f ´= ( 830 ciclos/s)(340 m/s) = 785.11 Hz 340 m/s + 19.44 m/s
- 16. EJERCICIOS 1. La frecuencia del silbato de una locomotora de tren es de 350 Hz, si el tren viaja con una velocidad de 20m/s, determinar qué frecuencia percibe un observado en reposo: a) Al acercarse el tren. b) Al alejarse el tren. 2. La sirena de un camión de bomberos en reposo se emite con una frecuencia de 400 Hz. Determinar la frecuencia que percibe un ciclista con una velocidad de 10 m/s, cuando el ciclista a) Se acerca al camión. b) Se aleja del camión. 3. Una ambulancia viaja con una velocidad de 40 m/s y su sirena emite un sonido con una frecuencia de 400 Hz; si se cruza con un automóvil que transita en sentido contrario a 25 m/s. Determinar qué frecuencia percibirá el conductor del automóvil cuando: a) se aproximen los vehículos. b) se alejen los vehículos.
- 17. Bibliografía •Apuntes de Física IPN – Prof. Eduardo Alfaro Miranda •Física Conceptual – Paul G. Hewitt