Grado 8 ↓
Sonido y ondas
En física, el sonido es un tipo de energía que viaja en forma de vibraciones a través del aire u otro medio. Estas vibraciones llegan a nuestros oídos y son interpretadas por nuestro cerebro, permitiéndonos escuchar sonidos. Las ondas, por otro lado, son el método por el cual el sonido, y muchas otras formas de energía, son transmitidas. Al entender las ondas, también podemos comprender cómo funciona el sonido.
¿Qué son las ondas?
Las ondas son perturbaciones que se mueven a través del espacio y el tiempo, y transfieren energía sin transferir materia. Hay dos tipos principales de ondas: ondas mecánicas y ondas electromagnéticas. El sonido es un tipo de onda mecánica, lo que significa que necesita un medio (como aire, agua o materia sólida) para viajar.
Ondas mecánicas
Las ondas mecánicas requieren un medio para viajar. No pueden viajar en el vacío. Ejemplos incluyen ondas en una cuerda, ondas de agua y ondas de sonido. Estas ondas pueden clasificarse en dos tipos:
Ondas transversales
En las ondas transversales, el desplazamiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Un ejemplo clásico de una onda transversal es una onda en una cuerda. Si sacudes una cuerda atada en un extremo, puedes ver crestas y valles viajando a lo largo de la cuerda, perpendiculares al movimiento inicial.
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----> dirección de la onda
Ondas longitudinales
En las ondas longitudinales, el desplazamiento de las partículas es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas de sonido en el aire son el ejemplo principal. Cuando alguien habla, regiones donde las partículas de aire están comprimidas (compresión) y regiones donde las partículas están más separadas (rarefacción) viajan por el aire.
[ Compresión ] [ Rarefacción ] ----> dirección de la onda
¿Qué es el sonido?
El sonido es un tipo de onda mecánica que se produce por la vibración de partículas. Se propaga a través de la materia en forma de onda. A diferencia de la luz, el sonido no puede viajar en el vacío; necesita un medio para viajar.
¿Cómo viaja el sonido?
El sonido comienza en una fuente vibrante, como las cuerdas de una guitarra, las cuerdas vocales o las manos aplaudiendo. Estas vibraciones hacen vibrar las moléculas de aire cercanas. Esto crea regiones donde las moléculas están juntas (compresión) y regiones donde están más separadas (rarefacción). Estas regiones de compresión y rarefacción viajan a través del medio como ondas de sonido.
Características de las ondas sonoras
Las ondas sonoras tienen varias características, que incluyen frecuencia, longitud de onda, amplitud y velocidad.
- Frecuencia: La frecuencia se refiere al número de oscilaciones o ciclos que ocurren en una unidad de tiempo. Se mide en Hertz (Hz).
- Longitud de onda: La longitud de onda es la distancia entre dos compresiones o rarefacciones sucesivas.
- Amplitud: La amplitud está relacionada con la energía o intensidad de la onda sonora. Mayor amplitud significa sonido más fuerte.
- Velocidad: La velocidad del sonido varía dependiendo del medio. Generalmente, el sonido viaja más rápido en sólidos, más lento en líquidos y más lento en gases.
Velocidad del sonido
A temperatura ambiente estándar, la velocidad del sonido en el aire es de unos 343 metros por segundo (m/s). En el agua, el sonido viaja a unos 1,480 m/s. A través del acero, se mueve a unos 5,120 m/s.
La velocidad del sonido se ve afectada por factores como la temperatura, densidad y elasticidad del medio. Las temperaturas más cálidas generalmente aumentan la velocidad del sonido, ya que las moléculas del medio se mueven más rápido y transmiten sonido más rápidamente.
Fórmulas de física:
Velocidad del sonido (v) = frecuencia (f) × longitud de onda (λ)
Rango de audición humana
Los seres humanos pueden escuchar sonidos que van desde 20 Hz hasta 20,000 Hz. Los sonidos por debajo de 20 Hz se denominan infrasonidos (como terremotos), y los sonidos por encima de 20,000 Hz son ultrasónicos (como un silbato para perros o un dispositivo de ultrasonido).
¿Cómo funciona la audición humana?
Cuando las ondas sonoras llegan al oído humano, primero pasan por el canal auditivo y luego llegan al tímpano. El tímpano vibra y transmite estas vibraciones a los pequeños huesos presentes en el oído medio. Estos huesos amplifican el sonido y lo envían al oído interno, donde la cóclea, un órgano en forma de espiral, convierte estas vibraciones en señales eléctricas. Estas señales se envían al cerebro y se interpretan como sonido.
Ecos y reflexiones
Un eco es un sonido reflejado que llega a los oídos del oyente algún tiempo después del sonido original. La reflexión del sonido sigue las mismas reglas que la reflexión de la luz. En algunos lugares, como una sala vacía o una montaña, el eco puede ser bastante obvio.
Aplicación
La reflexión del sonido se utiliza en una variedad de tecnologías, como el equipo de sonar utilizado por los barcos para detectar objetos bajo el agua. En los edificios, el aislamiento acústico a menudo tiene como objetivo reducir los ecos para mejorar la calidad del sonido. Los materiales de absorción de sonido se utilizan para manejar el aislamiento acústico en la acústica y la arquitectura.
Propiedades del sonido
Intonación
El tono está determinado por la frecuencia de la onda sonora. Las frecuencias más altas significan tonos más altos. Por ejemplo, un silbato produce un sonido de tono alto, mientras que el golpeteo de un tambor produce un sonido de tono bajo.
Volumen
La intensidad del sonido está relacionada con la amplitud de la onda sonora. Cuanto mayor es la amplitud, más alto es el sonido. Un susurro tiene una amplitud baja y es suave, mientras que un grito tiene una alta amplitud y es fuerte.
Ritmo
El timbre o calidad del sonido es lo que distingue a dos sonidos cuando su tono y volumen son iguales. Está determinado por el número y la fuerza de los armónicos que contienen. Diferentes instrumentos producen diferentes timbres, incluso cuando tocan en el mismo tono y volumen.
Cómo funcionan los instrumentos musicales
Los instrumentos musicales producen sonido al vibrar. Dependiendo del proceso de producción de sonido, se pueden clasificar en varios tipos:
Instrumentos de cuerda
Instrumentos musicales como la guitarra, el violín y el violonchelo producen sonido cuando sus cuerdas vibran. Pulsar o frotar las cuerdas produce vibraciones, que viajan por el aire como ondas sonoras.
--- la cuerda tirante está vibrando ---
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Instrumentos de aire
Flautas, clarinetes y trompetas producen sonido cuando el aire dentro del tubo vibra. Cuando el aire pasa a través de la boquilla o la lengüeta, hace que el aire dentro vibre, produciendo sonido.
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---| aire |--- onda de sonido
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Instrumentos de percusión
Los tambores y xilófonos producen sonido cuando son golpeados. Cuando golpeas estos instrumentos, las vibraciones en la superficie producen ondas sonoras en el aire.
Aplicaciones de las ondas sonoras
Ultrasonido
Las ondas de ultrasonido, con su alta frecuencia, se utilizan en la imagen y el tratamiento médico. Por ejemplo, en sonogramas, las ondas ultrasónicas ayudan a visualizar órganos internos, incluido un feto en desarrollo durante el embarazo.
Comunicaciones
Los humanos y los animales usan el sonido para comunicarse. Los sonidos pueden transmitir información, señales y emociones. En la naturaleza, los animales usan el sonido para llamadas de apareamiento, advertencias o navegación.
Música y entretenimiento
El sonido es una parte integral de la música y el entretenimiento. Las composiciones musicales, el diálogo hablado y los efectos de sonido enriquecen nuestras experiencias en el cine y las actuaciones.
Acústica
En acústica, los ingenieros diseñan salas de conciertos y estudios para manejar las reflexiones del sonido y crear un entorno auditivo agradable. Los materiales y el diseño del espacio consideran el viaje, la absorción y la difusión del sonido.
Conclusión
El estudio del sonido y las ondas nos muestra cómo viaja la energía y cómo percibimos las vibraciones como sonido. Conocer las ondas nos ayuda a comprender muchos fenómenos naturales y contribuye al desarrollo de tecnologías que mejoran las comunicaciones, la imagen médica y el entretenimiento. La interacción del sonido con varios medios lo hace empleable en una variedad de aplicaciones, desde conversaciones cotidianas hasta investigación científica avanzada y diseño.
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