Projecto 1
Introducción
Hace aproximadamente 4.600 millones de años, el universo primitivo como un diminuto huevo enardecido, estalló en fragmentos, comenzando a expandirse. Pero, por lo mas raro que parezca, tal estallido ocurrió en completo silencio. El Big Bang, la “gran explosión” literalmente, no causó el menor ruido, simplemente porque no hubo quien la oyese.
Pues en el comienzo del planeta, los volcanes explotaban sin estrépito, las mareas se alborotaban en silencio y las tormentas se desataban con mutismo, hasta que los seres vivos, por necesidad, fueron desarrollando propiedades auditivas, las que les permitieron percibir la vibración provocada por los choques y movimientos de los fenómenos naturales, las cuales se tradujeron como sonido.
A lo que denominamos sonido, no es más que la propagación de ondas elásticas en el medio, que producen la vibración de un cuerpo, siendo las ondas sonoras el sonido audible por el ser humano. Dichas ondas son captadas por el tímpano, el cual vibra de formas diferente dependiendo de las ondas que reciba, el oído y el cerebro ayudan a poder diferenciarlas.
Indagación: Origen y propagación del sonido[1][]
Vibraciones.[]
Las vibraciones son ondas elásticas de una oscilación o movimiento relativo de un objeto que se propagan generando deformaciones y tensiones en un medio.
Vibraciones periódicas.[]
Las vibraciones periódicas se caracterizan por generarse en un periodo de tiempo definido en intervalos.
Fuentes de vibración.[]
Las fuentes de vibración son el objeto o medio que produce el sonido, entre estos destacan: la vibración en cuerdas, producida por la oscilación de estas; la vibración en cavidades, al entrar aire en las cavidades se desplaza produciendo sonido; y la vibración en láminas. Para explicar esta última realizamos el siguiente experimento: Vibración de una regla.[2]
Propagación de una vibración.[]
un claro arquetipo de la propagación de una vibración son las ondas que se producen en el agua al lanzar una piedra.
Las vibraciones provocadas por una perturbación, pueden desplazarse por medios materiales llamadas ondas mecánicas. Esta perturbación en el aire se llama zonas de compresión cuando las partículas están más juntas, y zonas de rarefacción cuando estas se encuentran más separadas. Las compresiones y rarefacciones se producen en la misma dirección de la propagación de la onda mecánica, las cual se denominan ondas longitudinales. De este modo el sonido es una onda mecánica longitudinal.
Propagación de la vibración[]
Para darle una explicación a esto realizamos la actividad de La vibración de un resorte.[3]
Algo semejante a lo que sucede con el resorte sucede con la transmisión del sonido en el aire, en este caso los espirales del resorte actúan como partículas de aire con esto al emitir un sonido se produce una perturbación en el aire en donde además las partículas están mas juntas se les denomina zonas de compresión mientras que las que están mas separadas se llaman zona de rarefacción, con esto agregamos que una propagación de este tipo se denomina onda mecánica, donde las partículas del medio no se propagan de un lado al otro sino que oscilan.
También las compresiones y rarefacciones se producen en la misma dirección con esto las denominamos ondas longitudinales.
Otras de las propiedades que afectan la propagación de una vibración son la absorción, que reflexión, transmisión, refracción, difracción y la difusión.
Transmisión del sonido[4][]
El sonido, como bien sabemos, se desplaza por distintos medios, por lo cual se transmite de un lugar a otro, en unos medios mejor que en otros, por ejemplo se percibe de mejor manera en un sólido que en un gas o un líquido.
Rapidez del sonido.[]
Como señalaba anteriormente, el sonido que se transmite por los medios tiene un margen de rapidez según el medio en el que se desplace. En la propagación de sonido intervienen varios fenómenos, como la absorción, la reflexión, la refracción, la difracción y la difusión.
Reflexión del sonido[]
Un arquetipo de la reflexión del sonido es el caso de la onda del agua que se reflejan al chocar con las paredes del cuerpo que lo contiene.
La energía de las ondas sonoras se refleja al chocar con algún medio sólido, sean paredes, espejos, etc. La reflexión del sonido, no se comporta de igual manera en todos los medios, por ejemplo en una pared de ladrillos es mucho mas eficiente ya que en un cortinaje grueso el sonido es absorbido. En resumen mientras el sonido choque en un lugar de mayor densidad es donde mejor ocurre la reflexión.
Absorción del sonido[]
El sonido en su viaje es reflejado por los distintos objetos que se encuentran en su entorno.
Ya que nos encontramos en un universo compuestos de diferentes materiales, no todos logran reflejar el sonido de igual manera.
La absorción del sonido se define como la absorción del energía atraves de un medio material cuando la onda tiene contacto con esta.
Cuando el sonido no es reflejado, es porque es absorbido por un material, los cuales comúnmente suelen ser de baja densidad y blandos, esto ocurre debido a que estos materiales tienen espacios de aire donde el sonido va a parar, provocando un rose entre este espacio y las ondas, con lo cual va perdiendo energía hasta finalmente terminar en un grado más bajo. Los materiales que logran esto son comúnmente textiles, es decir, cortinas y alfombras.
Como dato extra, cabe destacar que existe una forma de medir el nivel de absorción de ondas que poseen los materiales llamado "coeficiente de absorción"
Características del sonido[]
- Tono: El tono es la propiedad del sonido que lo caracteriza por diferenciarlo entre agudo y grave, es decir a mayor frecuencia, más agudo se percibe el sonido y a menor frecuencia es más grave el sonido audible. Con esto podemos concluir que es una característica que de pende de la frecuencia y permite distinguir los sonidos graves de uno agudo.
Agudo y grave son subjetivos, podemos decir que los diferentes tonos se clasifican según su frecuencia.
- Frecuencia: La frecuencia de 1HZ equivale a una oscilación por segundo ; con esto podemos afirmar que una frecuencia de 10HZ equivale a 10 oscilaciones por segundo , y así sucesivamente.
- Intensidad: La intensidad de un sonido permite diferenciar los sonidos fuertes de los débiles y está relacionado con la cantidad de energía que transporta una onda sonora.
- Timbre: El timbre permite diferenciar dos sonidos de igual frecuencia e intensidad además esta asociado a la combinación de ondas sonoras de diferentes frecuencias
El timbre es una cualidad que nos permite distinguir los sonidos producidos por fuentes sonoras diferentes.
Período y frecuencia[]
- Período: Periodo se define como el tiempo que transcurre cuando una cosa completa un ciclo, es decir el tiempo que demora en que un objeto vuelva a su posición de inicio. En el sonido conocemos al período como período de oscilación, que se abrevia con la letra T y se mide en segundos, que es el tiempo que existe entre dos puntos semejantes de una oscilación.
Ejemplo de distintas frecuencias.
- Frecuencia: La frecuencia indica la cantidad de repeticiones de cualquier tipo que se producen dentro de una unidad de tiempo.
Relación entre período y frecuencia[]
Período y frecuencia están netamente relacionados, por la sencilla razón de que la frecuencia varía a la inversa del período, o sea la frecuencia corresponde al número de ciclos completos que recorre una onda en 1 segundo, y el período es el tiempo que demora una onda en completar un ciclo, dependiendo de la onda el periodo puede ser de mili, micro o nanosegundos.
Onda[]
Una onda es la propagación de una perturbación de un medio material e incluso en el vacío transportando energía de un punto a otro. Cuando las ondas necesitan de un medio material para propagarse, se llaman ondas mecánicas. Y las únicas ondas que pueden propagarse por el vacío son las ondas electromagnéticas.
Calsificación de las ondas[]
Las ondas se clasifican según diversas categorías, según el medio por el que se propagan, según la dirección de la perturbación, etc.
Ondas mecánicas[]
Las ondas mecánicas son aquellas, como mencionaba anteriormente, las que necesitan de un medio material para propagarse, sea este líquido, sólido o gaseoso. Sin embargo estas ondas no son capaces de transportar materia. Su velocidad puede ser modificada según el medio en el que se propagan, como la elasticidad, la temperatura, la homogeneidad y la densidad.
Ondas electromagnéticas[]
Ejemplo de estas ondas son las que se emiten por teléfono celular y por control remoto de TV.
Las ondas electromagnéticas a diferencia de las mecánicas, pueden propagarse por el espacio sin la necesidad de un medio material, lo que permite que se propague por el vacío. Esto se debe a que estas ondas son producto de la oscilación de un campo eléctrico. Las ondas electromagnéticas pueden viajar a 300000 Km. por segundo aproximadamente según el rango de frecuencia.
Ondas transversales[]
Las ondas transversales se caracterizan porque sus partículas vibran perpendicularmente en el sentido de propagación de esta.
Ondas longitudinales[]
Las ondas longitudinales se caracterizan porque sus partículas vibran paralelamente en el sentido de la propagación de esta.
Ondas estacionarias[]
Las ondas estacionarias se originan cuando se produce una injerencia entre dos ondas de iguales propiedades (longitud, amplitud, frecuencia, etc.), que se desplazan a través de un medio en sentido opuesto. Estas ondas se mantienen internas en un espacio, como es el caso de una flauta, donde las partículas del medio oscilan de forma fija. En estas ondas se produce el fenómeno en el que hay puntos que no vibran, permaneciendo inmóviles y estacionarios denominados nodos, por otra parte están los antinodos, que vibran con amplitud y energía de vibración máxima.
Ondas viajeras[]
Las ondas viajeras son aquellas que se desplazan libremente por un medio, e incluso el vacío, pues estas pueden ser transversales, longitudinales, mecánicas o electromagnéticas, llevando energía consigo. A medida que más distancia recorre una onda viajera desde la fuente sonora, su amplitud disminuye, por lo que el sonido audible se hace cada vez más débil.
Ondas armónicas[]
Este tipo de ondas son aquellas que su vibración se produce en un período permanente, teniendo un mismo intervalo de tiempo, obteniendo de este modo ciclos repetitivos.
Elementos de una onda[]
Longitud de onda[]
La longitud de onda es la distancia que se encuentra que entre cada intervalo de tiempo que transcurre entre dos máximos correlativos, que se abrevia con la letra griega de lambda (λ) y es medida en metros.
Amplitud de onda[]
La amplitud de una onda es el desplazamiento máximo que obtienen las moléculas en un preciso medio de vibración. La energía de una onda varía según la amplitud de esta, pues mientras mayor sea la amplitud, mayor es la energía que se extiende.
Elementos temporales de una onda[]
Los elementos temporales de una onda competen a la frecuencia y el periodo. Siendo la frecuencia medida en Hz y el período en segundos, donde estos se representan en un gráfico (tiempo medido en segundos perteneciente a X y amplitud perteneciente a Y), donde altura correspondería a amplitud y la distancia entre máximos dría el tiempo que transcurre en el período de la onda.
Rapidez de propagación de una onda[]
La rapidez de propagación de una onda está absolutamente relacionada con el medio por el que se propaga una onda sonora, puesto a que la energía que porta una onda es transmitida de distinta forma según el medio de propagación. La unidad de la rapidez es identificada universalmente en metros/segundos (m/s). Una fórmula para determinar la rapidez de propagación de una onda es:
Donde d es distancia y t es el tiempo que transcurre en esta determinada distancia., y la información requerida para esta ecuación sea la longitud de onda y su período. Puesto que período se interpreta como tiempo que divide dos fuentes de ondas contiguas, podemos determinar la rapidez de onda de este modo:
- Error al representar (error de sintaxis): {\displaystyle v=\frac{ʎ}{T}}
Donde ʎ es medida en metros y T en segundos. Ya que el periodo varía a la inversa de la frecuencia, podemos sustituir el período por 1/f, lo que nos da:
- Error al representar (error de sintaxis): {\displaystyle v= ʎ \cdot f }
Donde la rapidez de propagación es medida en m/s, la longitud de onda es medida en m y la frecuencia es medida en Hz.
Propiedades de las ondas[]
Difracción[]
La difracción consiste en la dispersión y curvado de las ondas cuando su desplazamiento es obstruido. La difracción se produce en todas las posibles ondas, como las ondas sonoras, hasta ondas electromagnéticas. También ocurre cuando un conjunto de ondas de tamaño reducido se difunde por un medio. El fenómeno de difracción es del tipo interferencial, es por esto que necesita la superposición de ondas coherentes entre sí. Las consecuencias de la difracción decaen hasta el punto de ser inadvertibles cuando el tamaño de un objeto aumenta en comparación a la longitud de onda.
Refracción[]
La refracción se basa en que la dirección y velocidad de propagación de una onda cambia al desplazarse por distintos medios dependiendo de sus propiedades. Produciéndose este cambio de velocidad se provoca que la dirección de la onda sea de movimiento ondulatorio. Es por esto que la onda refractada se tuerce en un ángulo con respecto a la incidente.
Superposición de onda[]
Esta es una propiedad de fenómenos ondulatorios La superposición de ondas ocurre cuando dos ondas se cruzan originando un punto en donde se cruzan, combinan y prosiguen sin modificarse transportando cada una su propia energía La perturbación que sufre un punto que es sometido a dos ondas será la adición de las perturbaciones producidas por cada onda.
Efecto Doppler[]
El efecto Doppler fue propuesto por el austriaco Christian Andreas Doppler, en la cual propone que la frecuencia de una onda cambia debido al movimiento que produce el foco, lo cual, afecta a como capta estas ondas el emisor y el medio. De forma más profunda, el Efecto Doppler nos dice que cuando el foco de sonido se acerca su sonido es más agudo para el emisor de este y que cuando el foco se aleja el sonido se vuelve más grave, esto es debido que a medida que el foco se aleja las ondas que van tras el foco se van aumentando su longitud una de la otra. esta tontera esta mal