El sonido se refleja. Eco y reverberación.

Al encontrarse con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear, las ondas sonoras cambian de dirección, reflejandose.

De la reflexión del sonido se derivan dos fenómenos:

1. Eco. El oído humano puede distinguir dos sonidos separados si estos llegan con una diferencia de al menos 0,1  segundos.

Cuando estoy en la montaña y grito, la primera onda la escucho al instante (he recibido la primera onda), si esta onda rebota en la montaña y tarda mas de 0,1 s en llegar a nuestro oído de nuevo, se percibe como otro sonido separado. A este sonido lo denominamos ECO.

Para que se produzca eco el objeto en el que rebota debe de estar a 17 m como mínimo.

2. Reverberación. Si la distancia es inferior a 17 m el oído no puede detectar las dos ondas por separado, sino que percibe un sonido prolongado, fenómeno que se denomina reverberación. Es lo que sucede cuando hablamos en una habitación vacía. 

Ejercicios:

27. Si desde la cumbre de una montaña gritas <<¡¡Hola!>>, al cabo de 3 y 5 segundos respectivamente, las dos montañas te devuelven el saludo. ¿A que distancia te encuentras de cada una de ellas?. (v (sonido en aire) = 340 m/s.

28. Supón que estas entre dos montañas que distan de ti 800 m y 1560 m, respectivamente.

a. Si gritas, ¿al cabo de cuanto tiempo escucharas los dos ecos?.

b. ¿Crees que se producirán mas de dos ecos en la experiencia anterior?. Si es así, ¿al cabo de cuanto tiempo escucharas el tercero?.

A continuación un video sobre qué es el eco. Me lo recomendó mi amigo Juan:

https://www.youtube.com/watch?v=vjKQ-ocW64Q

Cualidades sonoras.

En todos los sonidos que percibimos se pueden diferenciar tres cualidades del mismo: 

1. Sonoridad. Relacionada con la intensidad del sonido. Así podemos clasificar los sonidos en fuertes (un martillo neumático) o débiles (una hoja al caer). Un sonido fuerte es aquel que tiene una amplitud de onda muy grande, y un sonido débil aquel que tiene baja amplitud de onda.

El nivel de sonoridad se mide en decibelios.

2. Tono. Segun el tono tenemos: 

- sonidos agudos (alta frecuencia de vibración) 

- sonidos graves (baja frecuencia de vibración)

A partir de la adolescencia, la voz de los hombres se hace mas grave que la voz femenina debido a que las cuerdas vocales de los varones tienen mayor masa por lo que les cuesta mas vibrar y provoca frecuencias inferiores.

Los tonos graves viajan mas lejos que los tonos agudos.

3. Timbre. Es una cualidad del sonido según la cual puedo identificar dos sonidos de misma intensidad y mismo tono emitidos por personas o instrumentos distintos. 

Es gracias al timbre por lo que yo identifico quien habla a pesar de tenerlo a mi espalda. Puedo tener dos personas que me digan la misma letra con la misma intensidad y la misma frecuencia, pero gracias al timbre puedo identificar quien me lo dice.

Ejercicios. 

22. Ciertos sonidos tienen las siguientes frecuencias: 125 Hz, 800 Hz, 250 Hz y 526 Hz. 

a. Ordenalos por el tono mas grave al mas agudo.

23. ¿Por que las sirenas de los barcos suelen tener un tono grave? 

24. ¿En que nivel de escala decibelica (no en valores numericos, sino con alto/medio/bajo) situarias las siguientes escenas?.

- Tu clase durante un examen de CCNN.

- Tu clase, una vez termino el examen, y el profesor se fue.

- El ruido de la clase aplaudiendo.

25. ¿Cuales son las cualidades sonoras y con que magnitudes vistas en la parte de ondas se relacionan?.

26. ¿Por que la voz de los hombres suele ser mas grave que la de las mujeres?.

¿A que velocidad se propaga el sonido?.

La velocidad de la onda sonora depende de las características del medio, como vimos al principio del tema. Ya hemos visto a traves de distintas experiencias que el sonido viaja a distintas velocidades en el gas y en el solido (recuerda la práctica que hicimos con el bolígrafo en el oido) 

Un medio que pueda transportar sonido ha de ser elástico, es decir, que no se deforme por la perturbación. Si se intenta transmitir un sonido por un medio no elástico, como la plastilina, se producirá una deformación de dicho medio por parte de la onda sonora y la misma se perderá al realizar la deformación.

Siempre que tengamos un medio elástico, el sonido viaja mas rápido cuanto mas pegadas están las partículas del medio por el que viaja.  Ademas, la velocidad va a depender también de la temperatura a la que se encuentra el medio. Véase la siguiente tabla de valores:

Ejercicios.

13. Un barco que navega a 2 km de la costa hace sonar su sirena. Suponiendo que el sonido se transite tanto por el agua como por el aire:

a. Cuanto tardaremos en percibir el sonido sumergidos en agua? 

b. ¿Y a través del aire?

14. Disponemos de 100 m de tuberías de Al, Fe, Cu y Pb. Si golpeamos en un extremo en todas al mismo tiempo. ¿Cuanto tiempo tarda en llegar al otro extremo de las mismas?

15. Si se ve un rayo y el trueno se escucha al cabo de 8s. ¿A que distancia calculas que estará la tormenta?. 

16.Si se golpean a la vez dos vigas de 15 m de longitud de Fe y madera. ¿Con que diferencia de tiempo llega el sonido a través de cada viga hasta nuestros oídos?

v (madera) = 3900 m/s

v (Fe) = 5130 m/s

17. ¿Que condición debe cumplir un medio para que el sonido se propague en el?.

18. ¿En que se basa el procedimiento por el que podemos calcular a que distancia se encuentra una tormenta después de oír un trueno?. 

19. Si tras ver el rayo, se percibe el trueno a los 12 s. ¿A que distancia esta la tormenta de nosotros?

20. Imagina que un meteorito enorme cae en la luna y produce una gran explosión. 

- ¿Cuanto tardaría el sonido en llegar a nuestros oídos si la distancia entre la tierra y la luna es de 384000 km?.

21. Al golpear el extremo de un rail de hierro de 800 m de longitud, oímos en el otro extremo dos golpes. ¿Por que?. ¿Con que diferencia de tiempo llegan a nuestro oído?

El sonido es una onda

¿Por que decimos que el sonido es una onda?.

Tal como hemos explicado, oimos porque nos llegan subidas y bajadas de presion en nuestros oidos que el timano percibe. ¿Que tiene que ver esto con una onda?. Si hiciesemos una grafica de los valores de presion alrededor del lugar donde se produce un ruido se obtendria una figura del siguiente tipo:

Si te fijas en el dibujo de arriba, se parece a las ondas de la primera figura del tema que vimos. En el agua las elevaciones y caídas se referían al nivel del agua, mientras que aquí se refiere a la presión. Es por ello que decimos que el sonido es una onda.

Si estudiamos una zona del aire, vemos que esta va a estar sometida a subidas y bajadas de presión (esta va a ser la propiedad que varíe con el tiempo). Y el estudio de la misma nos va a dar una onda.

Recuerda que, al igual que vimos en el agua, las ondas no transportan materia (lo hemos visto también en los ejemplos anteriores). SOLO TRANSPORTAN ENERGIA.

¿Cómo se propaga el sonido?

¿Como se propaga el sonido?.

Un gas, un liquido y un solido, están formados por partículas. Recordemos que en el gas estaban mas separadas que en los líquidos, y en estos mas que en los sólidos. 

Supongamos una placa metalica que sujetamos a un pie para sujetarla. Cuando logramos que vibre con una determinada frecuencia produce un sonido audible por nosotros, ¿Como llega hasta nosotros?:

Cuando la regla se mueve hacia la derecha, empuja las partículas de aire que encuentra en su camino y produce un acercamiento de estas a sus vecinas, ahí se ha producido una COMPRESION (igual que si os juntan a varias personas en un espacio pequeño).

Cuando la regla se mueve hacia el lado izquierdo, deja a la derecha una zona de baja presión porque la regla ya no ejerce fuerza en dicho espacio, en dicha zona se produce una EXPANSION entonces, mientras en el lado izquierdo produce una compresión.

Cuando la regla va de nuevo a la derecha vuelve a producir la compresión, dejando a la izquierda otra zona de baja presión. Así se van alternando zonas de alta y baja presión y esto se va transmitiendo a distancias cada vez mas alejadas.

Cuando estas subidas y bajadas de presión llegan hasta nuestros oídos viajando por el canal auditivo, producen vibraciones en el tímpano, que se transmiten por la cadena de huesecillos (que tienen por nombre martillo, yunque y estribo) hasta llegar al caracol. 

En el caracol, las vibraciones se convierten en impulsos nerviosos, que el nervio auditivo capta y envía al cerebro. Es ahí donde se transforma en una sensación sonora.

En resumen, el sonido no son mas que subidas y bajadas de presión del aire que viajan desde el foco hasta nuestros oídos como lo hacia la onda longitudinal de los videos. En el siguiente video se realiza una demostración visual de como viajaría la onda sonora utilizando un muelle.

https://www.youtube.com/watch?v=Bcqp6t4ybxU

Pitidos de oídos

http://www.entnet.org/content/en-español-el-ruido-o-zumbido-en-el-o%C3%ADdo

La luz.

En el año 1667, Newton presentó su experimento sobre la descomposición solar ante la Royal Society; para lo cual empleó un prisma delante un rayo de luz (en una habitación oscura). El experimento fue la sensación del momento, ya que en ese entonces no se conocía la naturaleza ondulatoria de la luz. Son 6 colores los que se descomponían en el prisma; aunque Newton estableció que eran 7. Algunos rumoran que se debe a la influencia del número 7 en la tradición europea o que se debe a que Newton era religioso y era el número de Dios.

http://mrsimonporter.wikispaces.com/file/view/prism%20animated.gif/446040726/prism%20animated.gif

¿Qué es el sonido?.

¿Que es el sonido?. 

- El sonido es una onda mecánica longitudinal que viaja en linea recta y se produce por la vibración de cualquier objeto (foco del sonido).

¿Toda vibración produce sonido audible por los humanos? No, solo cuando esta es llevada a cabo con una determinada frecuencia. Hay que recordar que los átomos que componen la materia están vibrando y moviéndose siempre que estos estén por encima de los 0 K (-273 ºC) y sin embargo no oímos el sonido que estos producen. El oído humano recibe frecuencias procedentes de vibraciones de entre 20 y 20.000 Hz. Todas aquellas vibraciones con menos o mas frecuencias no somos capaces de oirlas.

- Ademas del foco, para que exista sonido se necesita de un medio material (un medio que contenga materia, cualquiera que sea su estado, solido, liquido o gas). Sin dicho medio, la onda sonora no podrá viajar  y, por lo tanto, no llegara a nuestros oídos. 

Los sonidos, independientemente del tipo, viajan a la misma velocidad en un mismo medio, pero no viajan a la misma velocidad en todos los medios (en los sólidos van mas rápidos que en los líquidos, y en estos mas rápidos que en los gases). Lo veremos mas adelante.

- Por ultimo, necesitamos de un receptor del sonido, que es el que recibe la señal que salió del foco. 

En resumen, para producir sonido necesito:

1. Un foco emisor de sonidos (fuente sonora que vibre con una determinada frecuencia, recuerda, entre 20 y 20000 Hz)

2. Un medio que transporte las ondas (solido, liquido o gas)

3. Un receptor del sonido (nuestro oído o un micrófono).

 El sonido, por lo tanto, NUNCA SE TRANSMITE A TRAVES DEL VACIO.

Con estos conceptos podemos realizar las siguientes actividades sobre el comienzo del tema.

1. ¿Que tiene que suceder para que una cuerda de guitarra, un altavoz, la cuerda de un violin o las laminas de un xilófono emitan un sonido?.

2. ¿Crees que el sonido puede propagarse en el vacío?. Razona la respuesta.

3. Cuando se golpea con la banqueta una de las laminas de un xilofono, se produce un sonido.

a. ¿Por que deja de sonar cuando ponemos el dedo sobre la lamina?

b. ¿Que demuestra este hecho sobre la forma en que se produce el sonido?

4. Un cuerpo efectua 12000 vibraciones en 40 segundos.

a. ¿Cual es su frecuencia en Hercios?

b. ¿Se podra percibir como sonido?

5. La frecuencia a la que vibra una cuerda es de 800 Hz. ¿Cuantas oscilaciones habra realizado en 20 segundos?

6. Completa:

Una vibracion es percibida por el oido humano como ___________ si su frecuencia de vibracion esta comprendida entre _____ y ________ Hz.

7. Un determinado cuerpo efectua 2300 oscilaciones en 50 segundos. ¿Cual es su frecuencia?. ¿Puede dicho cuerpo generar sonido audible por el ser humano a esa frecuencia?.

8. En algunas peliculas de ciencia ficcion, cuando una nave estalla se escucha el sonido de la explosion. 

¿Crees que fisicamente esta situacion es real?. Razona tu respuesta.

9. Despues de lo comentado hasta ahora en clase. ¿Piensas que el sonido se propaga con la misma rapidez en los tres medios materiales (solido, liquido y gas)?.¿En cual de ellos crees que se propaga el sonido mas rapidamente?¿Por que?. ¿Que experiencia podrias realizar para demostrarlo?.

10. ¿Puede propagarse el sonido en el vacio?. ¿Conoces algun experimento que lo demuestre?

Ayuda:
https://www.youtube.com/watch?v=ce7AMJdq0Gw&feature=youtu.be

11. ¿En que medios se propaga el sonido?. Ordena los medios de mejor a peor facilidad para propagarlo, 

Ondas.

¿Que es una onda?. 

Una onda es una forma de transmisión de energía de un punto a otro del espacio sin transportar materia. Se produce porque en un lugar del espacio llamado foco se produce una perturbación (cambio brusco) que se propaga en una o varias direcciones.

En la siguiente imagen, se puede observar una perturbación causada por una gota: 

La onda se propaga desde el centro (foco) hacía el exterior en todas direcciones utilizando como medio de propagación las moléculas de agua. 

Por lo tanto, se da una transmisión de energía en todas direcciones (las moléculas del agua suben y bajan de nivel poniéndose en movimiento, recuerda la energía cinética y potencial), pero no un transporte de materia (las moléculas de agua no se mueven del lugar en el que están, se mantienen en el sitio). 

Tipos de ondas.

a. Según la relación que haya entre la dirección en la que se propaga la onda y la dirección en la que se propagan las partículas: 

1. Ondas longitudinales. Donde la vibración de las partículas se transmite en la misma dirección que la propagación de la onda. Un ejemplo de onda longitudinal es el sonido.

2. Ondas transversales. Donde la vibración de las partículas se transmite en dirección perpendicular a la de propagación de la onda.

https://www.youtube.com/watch?v=-_PMqqEnr7E&feature=youtu.be

b. Según el medio por el que viajen:

1. Ondas mecánicas. Necesitan un medio material de propagación solido, liquido o gaseoso (ejemplo, un trozo de hierro, agua o aire). El sonido es de este tipo de ondas.

2. Ondas electromagnéticas. No necesitan de un medio material para propagarse, es decir, pueden viajar por el vacío (ejemplo, la luz).

Características de las ondas.

Para conocer las características de una onda, podemos sujetar una cuerda larga a un objeto fijo. Si agarramos el otro extremo, tensamos la cuerda y le damos una sacudida, veremos que a lo largo de la cuerda se propaga una ondulación o oscilación.

Las partes más altas de la ondulación se llaman crestas, y las más bajas, valles. La series de crestas y valles es lo que llamamos una onda.

Las ondas se definen por cuatro características principales:

• Frecuencia. Número de oscilaciones por segundo. Su unidad en el Sistema Internacional es el hercio (Hz). Cuanta más energía tenga la onda más alta será su frecuencia: si yo sacudo la cuerda con más energía, se forman más oscilaciones por segundo.

• Longitud de onda (λ). Distancia que existe entre dos puntos iguales de la onda (normalmente, se utilizan las crestas). Las ondas con longitud de onda pequeña son muy energéticas: si yo agito la cuerda con más energía, la distancia entre oscilaciones se reduce. 

• Elongacion (e). Es la altura que alcanza la onda en cualquier momento desde el punto de equilibrio (desde la linea horizontal). 

• Amplitud (A). Es la máxima altura que alcanza la onda desde el punto de equilibrio (desde la linea horizontal).