PRIMERO MEDIO






Mapa conceptual de sonido:



Ondas: 
  • Fuente sonora: Aquello que genera sonido. Todos los sonidos que escuchamos son producidos por la vibración  de algún cuerpo o medio material (sólido, líquido o gaseoso). {En física de denomina cuerpo o medio material a cualquier sistema formado por partículas de materia (átomos y Moléculas). Puede ser un sólido como un libro, un líquido como el agua o un gas como el aire que hay  dentro de una flauta.}
  • Fuentes de sonidos permanentes: tienen siempre algún elemento que vibra y que se hace oscilar mediante un golpe o alguna otra intervención externa (como el paso de aire forzado a través de un tubo, el movimiento de una cuerda, la oscilación de un metal.)

  • Pulsos sonoros: resultan de un golpe o una explosión y cuyo efecto no perdura en el tiempo (como el golpe de un martillo, un aplauso o las gotas de agua cuando chocan en un techo metálico.)
  • Vibración: movimiento de un cuerpo que produce sonio. Este movimiento se realiza de un extremo a otro, pasando por una posición de equilibrio (punto central)
  • Perturbación: alterar el estado de reposo u movimiento de un cuerpo.
  • Objeto material: se refiere a un cuerpo u objeto que se puede tocar, medir, pesar, colocar en algún sitio, etc.
  • Propagación del sonido: el sonido es un tipo de onda que necesita de un medio material para su propagación.
 Medio material: sólido, líquido o gaseoso.
  Propagación: desplazamiento o traslación de un lugar a otro.
  Onda: es el fenómeno que resulta al ser perturbada una región del espacio desde donde se propaga dicha perturbación, a través de un medio. Las ondas transportan energía pero no materia. O también tren de pulsos sucesivos.

¿Cómo se clasifican las ondas?
  • Según su naturaleza de perturbación:
  1. Ondas mecánicas: son generadas por perturbaciones mecánicas, como un golpe, una ruptura o una vibración. Su principal característica es que necesitan un medio material para su propagación. Por otro lado su propagación depende de las características del medio como homogeneidad, elasticidad, densidad y temperatura, influyen en la rapidez y en la propagación de las ondas mecánicas.
  1. Ondas electromagnéticas: se producen por el movimiento oscilatorio de cargas eléctricas al interior de un cuerpo genera perturbaciones electromagnéticas. Su principal característica es que pueden propagarse por el vacío, es decir, en ausencia de partículas. Pero también puede propagarse por medios materiales.




Cómo se propagan las ondas electromagnéticas?

Se propagan por la acción conjunta de campos eléctricos (E) y campos magnéticos (B) que son indivisibles uno de otro, como se observa e la figura. Este campo magnético vibra u oscila con una determinada frecuencia, propagando así la energía. Su velocidad de propagación es de c=300.000 km/sg, en el vacío.


 

Dirección de oscilación de las moléculas en el medio: 

Cuando una onda mecánica se propaga a través de un medio material, las moléculas  que lo constituyen experimentan un movimiento oscilatorio. Dependiendo de cómo oscilen dichas moléculas, con respecto a la dirección de propagación de la onda, estas se pueden clasificar en dos grandes grupos: ondas transversales y longitudinales.

a)      Ondas transversales: se  produce cuando la dirección en que vibran las moléculas del medio material por el que se propaga es perpendicular a la dirección de propagación.


b)      Ondas longitudinales: las ondas longitudinales hacen vibrar las partículas del medio en la misma dirección de propagación de las ondas. Esto significa que si la onda se propaga horizontalmente hacia adelante, las moléculas del medio vibrarán hacia atrás y hacia delante, en torno a sus posiciones de equilibrio.


El sonido es además una onda de presión debido a que en su desplazamiento genera dos zonas de presión conocidas como compresión o zonas de alta presión (en ellas se produce mayor concentración de partículas del medio) y otras llamadas rarefracción o zonas de enrarecimiento, zonas de baja presión (en ellas se produce una menor concertación de partículas del medio)

Sentido de propagación de la onda:
Según el sentido de propagación de las ondas, se pueden clasificar como ondas viejeras o como ondas estacionarias.

a)              Ondas viajeras: Su principal característica es que se propaga desde una fuente puntual, hacia un determinado lugar. También se les denomina ondas progresivas, ya que se propagan libremente transportando energía hasta otros lugares del espacio, pudiendo en algunos casos recorrer grandes distancias, como por ejemplo la luz del Sol.
Otra característica es que su amplitud disminuye a medida que transcurre el tiempo.
b)              Ondas estacionarias: las ondas estacionarias se forman cuando una onda viajera se refleja invertida respecto de la onda incidente, en un extremo se un medio dado. De esa manera ambas ondas (las ondas provenientes de la fuente y la reflexión de ellas) se superponen, originando una onda que parece estar fija. Cada punto del medio oscila con amplitud fija. La energía no se propaga libremente ya que se encuentra confinada en una región delimitada del espacio

Esquema:

Nodo: lugar de vibración nula. 
Antinodo: lugar de vibración máxima. 
En la figura anterior, se observan dos antinodos (A) y tres nodos (N), incluyendo las posiciones extremas. El número de antinodos es inferior en una unidad al número de nodos. Los nodos se encuentran a una distancia igual a media longitud de onda λ/2, uno de otro.


Elementos de una onda periódica:

Aunque existen distintos tipos de ondas, todas tienen características en comunes. Como es más sencillo reconocer los componentes de una onda transversal, la usaremos como ejemplo. Sin embrago, el análisis es válido para una onda longitudinal.

Una onda periódica esta formada por una serie de lomos llamados montes y por una serie de depresiones inferiores llamados valles. Los montes y valles se van alternando formando una onda sinusoidal.

Elementos espaciales o de posición de una onda:

a)       La elongación máxima que alcanzan las partículas se denomina amplitud (A) de la onda. A mayor amplitud de la onda, mayor energía la que se desplaza.

b)       La longitud de onda es la distancia que recorre una onda en el tiempo de un periodo, como se representa a continuación. Es representada con la letra griega l (lambda).


























Elementos temporales de una onda:

a)      Período de una onda: es el tiempo que emplea la onda  en completar un ciclo.
b)      Frecuencia de una onda: corresponde a la cantidad de pulsos que un emisor genera en el foco en una determinada unidad de tiempo y tiene el mismo valor que la frecuencia con que vibran las moléculas del medio.
                    

Unidad de medida: Hertz (HZ)


Frecuencia y periodo son magnitudes inversamente proporcionales. Es decir, si una de ellas se duplica, la otra se reduce a la mitad mientras que si una se reduce a la tercera parte la otra aumentará al triple.

Velocidad de propagación:

El concepto de velocidad relaciona los conceptos de distancia y tiempo. Como una onda armónica se desplaza siempre a la misma distancia l en un tiempo igual al período T, su velocidad de propagación es constante, y se puede calcular a partir de la definición de longitud de onda  como:
Lo que caracteriza a cada onda es su frecuencia (si cambia de frecuencia se trata de otra onda), por lo tanto, cualquier cambio en su velocidad se traduce e un cambio en su longitud de onda y viceversa. La velocidad de propagación de una depende del medio por el que se transmite.

Actividades:
  1. Establece el período de un péndulo que:
a)    Realiza 12 oscilaciones en un tiempo de 4 segundos.
b)    Demora 6 segundos en hacer 2 ciclos.
c)     En 1 segundo logra hacer 2 ciclos.

  1. Preguntas:
a)    ¿Qué es una molécula?
b)    ¿Qué formas de energía están involucradas en la oscilación de una molécula?
c)    ¿Qué es un medio elástico?
d)    Da tres ejemplos de cada uno de los estados de la materia.

  1. Preguntas:
a)    En las ondas estacionarias, ¿qué distancia hay entre dos nodos consecutivos en términos de longitud de onda?
b)    ¿Cuál es la distancia entre dos valles consecutivos en una onda?
c)    ¿Cuál es el valor de amplitud en un nodo?
d)    Las ondas longitudinales ¿tienen amplitud y longitud de onda? Explica.
e)    ¿En qué puntos de una onda la elongación es máxima?

  1. En la figura se ha representado un perfil de onda. Cada cuadrado mide 1[m].

a)    ¿Cuánto mide la amplitud de la onda representada?
b)    ¿Cuánto mide la longitud de onda?

  1. Si la onda dibujada demoró 30[s] en ir desde A hasta B, calcula:

a)    Número de ciclos.
b)    Longitud de onda.
c)    Frecuencia.
d)    Período.
e)    Velocidad de propagación.

  1. Un timbre vibra con una frecuencia de 50[Hz]. Su sonido se propaga por el aire con una rapidez de 340[m/s]. ¿Cuál es su período y su longitud de onda?

  1. Una onda estacionaria tiene una longitud total de 40[m]. Si ella tiene 5 nodos, ¿a cuanto equivale su longitud de onda?

  1. Una radio FM tiene una frecuencia de 100[MHZ]. ¿Cuál es la longitud de onda sabiendo que su velocidad es 3 x 108[m/s]?

  1. Una onda de 6 ciclos toma 18[s] en recorrer los 3[m] que hay entre sus extremos. Calcula su longitud de onda, su frecuencia, su período y su velocidad de propagación.

  1. ¿Cuál es la frecuencia y el período del minutero de un reloj?

  1. ¿Cuál es el período de un péndulo que realiza 12 oscilaciones en 4 segundos?

  1. ¿Qué frecuencia tiene un aspa de un ventilador si emplea 0,0025[s] en completar una vuelta?

  1. El limpiaparabrisas  de un automóvil realiza 10 oscilaciones en 20 segundos. ¿cuál es su período expresado en [s] y su frecuencia expresada en [Hz]?

  1. La frecuencia de oscilación de las aspas de un ventilador es de 5[Hz].
a)      ¿Cuántas oscilaciones por segundo realizan las aspas del ventilador?
b)      ¿Cuál es el período de esta oscilación?

  1. Si la Tierra realiza un giro completo sobre sí misma en 24 horas:
a)      ¿Cuál es el período de rotación de la Tierra expresado en segundos?
b)      ¿Cuál es su frecuencia expresada en [Hz]?

  1. Si un motor eléctrico gira a 3.000 r.p.m:
a)      ¿Cuál es su frecuencia de revolución expresada en [HZ]?
b)      ¿Cuál es su período de revolución expresado en segundos?

  1. La onda representada en la figura demoró 10 minutos en realizar el recorrido que se muestra:
a)    ¿Cuál es el período de la onda representada en la figura?
b)    ¿Cuál es la frecuencia de esta frecuencia?
c)     ¿Cual es su longitud de onda?
d)    ¿Cuál es la velocidad de propagación?

Propiedades de las ondas:
  • Reflexión:
Cuando una onda encuentra un medio denso que impide la propagación de esta, se devuelve en dirección al medio de donde provenía. En general conservan sus propiedades (se relaciona con el eco, reverberación y la absorción).


  • Transmisión:
    Una onda al propagarse se puede reflejar o transmitir a un nuevo medio; gran parte de la energía inicial retorna y una pequeña parte sigue viajando por el nuevo medio.



    • Refracción:
    Cuando una onda pasa de un medio a otro, en la mayoría de los casos cambia la dirección de propagación generando un quiebre.

    Cuando un sonido pasa de un medio a otro con diferente temperatura, se produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio.

    • Difracción:
    Cuando las ondas se propagan y encuentran una abertura estas ondas comienzan a rodear la abertura, generando un nuevo foco emisor.




    • Dispersión:
    Cuando una onda sonora es emitida abarca múltiples direcciones


    • Absorción de las ondas :
    Es la capacidad de absorción del sonido de un material en relación entre la energía absorbida por un material y la energía reflejada por el mismo. Su valor siempre esta en el rango entre 0 y 1, si toda la energía es absorbida por un material, el coeficiente de absorción será máximo en el valor 1, y si toda la energía se refleja, el valor será mínimo, es decir igual a cero. El coeficiente de absorción varía con la frecuencia de un sonido.


    • Interferencia:
    Cuando se mezclan dos o más ondas se produce un fenómeno de interferencia que puede ser constructiva o destructiva.

    Ø  Constructiva: (fase)Parten del mismo punto o en la misma dirección


    Ø  Destructiva: (desfase) Parten en un punto con dirección contraria


     

    RESONANCIA: La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando una soprano canta y alcanza y sostiene la frecuencia de resonancia del mismo.
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