Índices
Introducción
Los
sonidos y las ondas tiene un gran importancia en la vida cotidiana aparte de
estar rodeado por objetos a simple vista también estamos rodeados de sonidos y
a su mismo tiempo de ondas, el concepto de sonido y onda tiene una estrecha
relación sin embargo no es lo mismo.
Cuando
se produce una perturbación periódica en el aire, se
originan ondas sonoras
longitudinales. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las
ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. El oído,
que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido.
El
término sonido se usa de dos formas distintas. Los fisiólogos definen el sonido
en término de las sensaciones auditivas producidas por perturbaciones
longitudinales en el aire. Para ellos, el sonido no existe en un planeta
distante. En física,
por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por sí mismas y no a las
sensaciones que producen.
En el presente trabajo se desarrollara un claro concepto de sonido y
algunos puntos sobre las ondas.
El sonido
Podemos definir el sonido como una
sensación auditiva que está producida por la vibración de algún objeto. Estas
vibraciones son captadas por nuestro oído y transformadas en impulsos nerviosos
que se mandan a nuestro cerebro.
Lo que vibra perturba el medio
Una
onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales (todas menos las
electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse.
El medio
elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda. La
perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio
en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se
inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por
las que se extiende el medio con una velocidad constante (siempre que el
medio sea isótropo).
Tipos de ondas
Existen distintos tipos de ondas, de acuerdo el criterio que se tome,
encontramos las siguientes:
1)
Ondas electromagnéticas: estas ondas no necesitan de un medio para propagarse en el espacio, lo
que les permite hacerlo en el vacío a velocidad constante, ya que son producto
de oscilaciones de un campo eléctrico que se relaciona con uno magnético
asociado.
2)
Ondas mecánicas: a diferencia de las anteriores, necesitan un medio material, ya sea
elástico o deformable para poder viajar. Este puede ser sólido, líquido o
gaseoso y es perturbado de forma temporal aunque no se transporta a otro lugar.
3)
Ondas gravitacionales: estas ondas son perturbaciones que afectan la geometría
espacio-temporal que viaja a través del vacío. Su velocidad es
equivalente a la de la luz.
1)
Ondas unidimensionales: estas ondas, como su nombre indica, viajan en una única dirección
espacial. Es por esto que sus frentes son planos y paralelos.
2)
Ondas bidimensionales: estas ondas, en cambio, viajan en dos direcciones cualquieras de una
determinada superficie.
3)
Ondas tridimensionales: estas ondas viajan en tres direcciones conformando un frente de esférico
que emanan de la fuente de perturbación desplazándose en todas las direcciones.
1)
Ondas transversales: las partículas por las que se transporta la onda se desplazan de manera perpendicular
a la dirección en que la onda se propaga.
2)
Ondas longitudinales: en este caso, las moléculas se desplazan paralelamente a la dirección en
que la onda viaja.
1)
Ondas no periódicas: estas ondas son causadas por una perturbación de manera aislada o, si
las perturbaciones se dan de manera repetida, estas tendrán cualidades
diferentes.
2)
Ondas periódicas: son producidas por ciclos repetitivos de perturbaciones.
Características de las ondas
Las
ondas se caracterizan por su amplitud (la mitad de la distancia entre la cresta
y el seno), su longitud (la distancia entre dos crestas) y su frecuencia (el
número de ondas que pasan por segundo por un punto determinado). Cuanto mayor
es la longitud de onda, más baja es la frecuencia.
La
unidad de medida de la frecuencia es el hertzio, llamada así en honor del
alemán Heinrich Hertz, quien en 1888 demostró que era posible enviar señales
eléctricas por aire.
¿Rápido o lento? Depende del medio
La
velocidad de la propagación de la onda depende del material por el cual se esté
propagando la onda y de sus propiedades. Generalmente, el sonido se mueve a
mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases.
Así,
la velocidad del sonido en el aire seco a 0°C es de 331 m/s y por cada elevación
de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta en 0,62
m/s., y en el agua de mar a 8°C la velocidad del sonido es de 1435 m/s.
Los
medios físicos que afectan a la propagación de los sonidos son:
·
Absorción.
La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la
energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo.
Es un valor que varía
entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).
·
Reflexión.
Es una propiedad característica del sonido, que algunas veces llamamos eco.
El eco se produce
cuando un sonido se refleja en un medio más denso y llega al oído de una
persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto
del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.
·
Transmisión.
La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la
elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma
inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plastilina, que
no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.
·
Refracción. Cuando
un sonido pasa de un medio a otro, se produce refracción. La desviación de la
onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio.
·
Difracción o dispersión. Si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de
propagación, es capaz de rodearlo y seguir propagándose.
La
persona B puede escuchar a la persona A, en virtud de que las ondas sonoras
emitidas por A rodean el muro y llegan al oído de B.
·
Difusión.
Si la superficie donde se produce la reflexión presenta alguna rugosidad, la
onda reflejada no sólo sigue una dirección sino que se descompone en múltiples
ondas.
Como se propaga las ondas
La
materia y la energía están íntimamente relacionadas. La primera está
representada por partículas y la segunda por "ondas", aunque hoy en
día esa separación no está tan clara. En el mundo subatómico "algo"
puede comportarse como partícula u onda según la experiencia que se esté haciendo.
Por ejemplo, la electricidad está constituida por electrones y estos presentan
este doble comportamiento.
Comencemos
imaginando un estanque cuya agua está quieta, tiremos una piedra, pronto, pero
no instantáneamente, se formarán olas. Esas "olas" en realidad son
ondas que se propagan desde el centro donde la piedra, al caer, ha producido
una perturbación en las moléculas sobre las que ha caído haciéndolas vibrar,
transmitiendo éstas la vibración a sus moléculas vecinas y así sucesivamente.
Esa perturbación se transmite en todos los sentidos y adopta una forma
circular.
Si
llevamos este ejemplo a un parlante, este al igual que la piedra, perturba el
medio propagándose y alejándose de su fuente. Así como las ondas necesitaban al
agua para poder difundirse, el sonido necesita del aire para lograr lo mismo.
Las
ondas sonoras se propagan de manera tridimensional, por lo que no deberíamos
hablar de circunferencias sino de esferas. Las ondas representarían la
superficie de estas esferas que irían aumentando de radio a medida que se
alejan de la fuente que las crea. Así que realmente hablamos de superficies de
ondas.
Un
rumor se propaga sin que ninguna persona de las que toman parte para difundirlo
haga el viaje para tal fin. Tenemos aquí dos movimientos diferentes, el del
rumor y el de las personas en difundirlo.
Veamos
otro ejemplo: el viento que pasa sobre un campo de trigo determina un
movimiento en forma de onda que se difunde a lo largo de toda la extensión. Sin
embargo el único movimiento que hacen las plantas es de vaivén. Encontramos
nuevamente dos movimientos, el de la propagación de la onda y el movimiento de
cada una de las espigas.
Nótese
hay una diferencia entre el movimiento de las moléculas de agua en el estanque
y las moléculas del aire. Las moléculas de agua se mueven transversalmente al
movimiento de la "ola" mientras que las del aire se mueven en la
misma dirección, o sea longitudinalmente.
La
onda consta de dos movimientos: uno es la vibración de las partículas y otro es
la propagación de la onda en sí.
Si el movimiento de
cada partícula es " de arriba hacia abajo y viceversa" la onda
se llama transversal.. Si la partícula se mueve en la misma dirección
de propagación moviéndose atrás y adelante, la onda recibe el nombre
de longitudinal.
El
sonido es una onda longitudinal mientras que la luz y cualquier onda
electromagnética es transversal. Si hacemos ondas con una soga nos dará ondas
transversales mientras que un resorte puede transportar ambos tipos de ondas.
Si
colocamos un par de ejes cartesianos, observaremos que existen valores máximos
(eje y +) y mínimos (eje y -). Cada uno de estos valores
recibe el nombre de amplitud, mientras que a los intermedios se los
denomina elongación. Podemos observar en la gráfica que la trayectoria que
obtuvimos puede interpretarse matemáticamente como una función periódica, ya
que se repite.
Conclusión
El ser humano tiene varias
formas de comunicación la más peculiar y común es el habla en donde encontramos
el emisor y el receptor del mismo modo que funcionan las ondas en donde el
emisor produce un sonido que se propaga por las moléculas del aire hasta llegar
al receptor. Sin embargo hay otros tipos de ondas unas que son de tan baja
frecuencia que no pueden ser captadas por el oído humano y otras tan altas que
pueden dejarnos sordos, un ejemplo de baja frecuencia son los murciélago, por
otra parte la forma en que se propaga dependerá del ambiente donde se produzca
las ondas.
Final mente el hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones
que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia).
Se considera que el oído humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias
entre los 20 y los 20.000 Hz, si bien también se consideran rangos entre 16 Hz
(aproximadamente la nota más grave de un órgano de iglesia: do0 =
16,25 Hz) y 16.000 Hz (o 16 kHz). Las ondas que poseen una
frecuencia inferior a la audible se denominan infrasónicas y
las superiores ultrasónicas.
La sensación de sonoridad es
la percepción sonora que el hombre tiene de la intensidad de un sonido.
