Cualidades del sonido - FISICA HOY Leslie Camelo Orozco

AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL
ASIGNATURA:
FISICA
DOCENTE:
LESLIE CAMELO OROZCO
GRADO:
ONCE
TIEMPO
POSIBLE: 2
horas
ESTUDIANTE:
GUIA N:
GRADO:
INDICADORES DESEMPEÑO:
-Resuelve situaciones de la vida cotidiana empleando el concepto de onda especialmente en lo relacionado a fenómenos acústicos.
-Su comportamiento, asistencia y participación en la clase contribuye a la creación de un ambiente positivo tanto individual como grupal
dentro de una sana convivencia
TEMA: Ondas sonoras
CONCEPTUALIZACION
Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material para su
propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Ej: Si
hacemos el vacío en una campana de vidrio en la que hay un despertador sonando, a medida que va saliendo el aire el sonido
se va apagando hasta que desaparece del todo.
Pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos.
La propagación de una onda sonora consiste en sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación, producidas
por un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda el medio experimenta variaciones periódicas de presión.
Llamamos sonido a la propagación de la vibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de
ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos.
Diremos que una onda mecánica longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a través de los oídos. Esto ocurre
cuando la frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz (muchas personas comienzan a no oír a partir de 15.000 Hz).
Las frecuencias más bajas que las audibles se llaman infrasonidos, y a las ondas que las producen ondas infrasónicas. Las
frecuencias más altas que las audibles se llaman ultrasonidos y las ondas que las producen ondas ultrasónicas.
Velocidad de propagación del sonido
La velocidad a la que se propaga el sonido no depende de su intensidad o cualidades, sino únicamente de las propiedades del
medio.
El sonido se propaga con mayor velocidad en los medios más rígidos, por lo que la velocidad de propagación es mayor en los
sólidos que en líquidos y gases.
En El aire la velocidad del sonido depende de la temperatura con la siguiente ecuación:
V = 331 m/s + 0.6 m/s ⁰C-1(T⁰C) donde T es la temperatura del aire
Cualidades del sonido
Intensidad: Sensación asociada a la forma en la que recibe el sonido el ser humano. Los sonidos pueden clasificarse en
fuertes o débiles, según su intensidad sea elevada o baja. El oído humano puede detectar sonidos cuando la I es de al menos
10-12 W/m². Sonidos con intensidad igual o superior a 1W/m² son audibles, pero provocan dolor en los oídos.
𝑃 𝑊𝑎𝑡𝑡
𝐼= ⌊
𝐴
𝑚2
A = Area
⌋
𝑝=
𝐸
⌊
𝑡
𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒
P= potencia
𝑆𝑒𝑔
⌋ =⌊𝑊𝑎𝑡𝑡⌋
𝐴 = 4𝜋𝑟 2 ⌊𝑚2 ⌋
E = Energía t= tiempo
- Tono o altura: de un sonido indica si este es alto (agudo, muchas vibraciones por segundo) como el de un violín o bajo
(grave, pocas vibraciones por segundo) como el de un tambor. Cuanto más baja sea la frecuencia más bajo será el tono y
viceversa.
- Timbre: Permite distinguir entre dos sonidos en los que la intensidad y la frecuencia son iguales, pero que han sido emitidos
por focos distintos. Normalmente, los sonidos no son puros, es decir, las ondas no son perfectamente sinusoidales sino que el
resultado de varios movimientos periódicos superpuestos a la onda fundamental, que se denominan armónicos o sobretonos.
Así, cada sonido procedente de un instrumento musical o persona es una onda compuesta y tiene unas características
especificas que lo diferencian de las demás. El timbre depende de la forma de la onda
- Nivel de intensidad sonora
Como el rango de intensidades del oído humano es muy amplio 10-12 W/m², para la medida de la intensidad suele utilizarse una
escala logarítmica que se llama ESCALA DE NIVEL DE INTENSIDAD.
Se define nivel de intensidad de una onda sonora como β = 10 log I/I0. Se mide en decibelios dB. I; intensidad de la onda
sonora. I0; nivel de referencia de la intensidad, umbral 10-12 W/m².
Si I= 10-12 W/m²
β = 0 dB umbral de audición.
Si I= 1 W/m²
β = 120 dB umbral del dolor.
Nivel de intensidad
Intensidad
Sonido
(dB)
(W/m²)
0
10-12
Umbral de audición
10
10-11
Susurro de las hojas
20
10-10
Cuchicheo (a 1 m de distancia)
-9
30
10
Casa tranquila
40
10-8
Casa normal, oficina tranquila
50
-7
10
Oficina normal
60
10-6
Conversación normal, tráfico normal
70
-5
10
Oficina ruidosa, calle animada
80
10-4
Tráfico intenso, comedor escolar
90
10-3
Ferrocarril subterráneo
100
-2
10
Taller de maquinaria, discoteca
EJERCICIO RESUELTO
Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 80 W de potencia.
a) Calcula la intensidad de las ondas a 3,5 m de la fuente.
b) ¿A qué distancia de la fuente el sonido es de 40 dB?
Solución
a) I = P/4.π.r² = 80/4.π.(3,5)² = 0,51 W/m²
b)
Β = 10 log I/I0
β/10 = log I/I0
40/10 = log I/I0
4 = log I/I0
104 = I/I0
I = 104 ·I0 = 104 ·10-12 = 10-8 w/m²
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
1. Dos rayos de luz roja se refractan en dos materiales de índices de refracción n1 y n2, tales que n1> n2. El índice de refracción
de un mate-rial se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en ese material.
Si λ1, f1, V1 y λ2, f2, V2 son las longitudes de onda, frecuencia y velocidades de los rayos refractados en los materiales 1 y 2
respectiva mente, se puede afirmar que:
A.
B.
C.
D.
λ1 =
λ1 <
λ1 <
λ1 >
λ2 y
λ2 y
λ2 y
λ2 y
f1 > f2
f1 = f2
f1 < f2
f1 > f2
y
y
y
y
V1 > V2
V1 < V2
V1 < V2
V1 > V2
2. Dos espejos planos se colocan sobre una esa formando un ángulo de 90º, como ilustra la figura. Un rayo luminoso
incide sobre el espejo 1 formando el ángulo indicado de 30º.
El ángulo q que forma el rayo emergente con el espejo 2, vale
A.15°
B.30°
C.45°
D.60°
3. Si una onda, con una longitud de onda de 0,5 m viaja a 4,5 m/s,
su período es:
A. 1,14x10-3 s
B. 1,11x10-1 s
C. 1,11x10-3 s
D. 1,23x10-1 s
4. Una onda con velocidad de 3 m/s y frecuencia de 15 Hz tiene una longitud de onda de 1/5 m, su período es:
A. 3.33 s
B. 0.333 s
C. 6.666s
D. 0.066 s
5. ¿Cuál de las siguientes definiciones de ondas mecánicas es correcta?
A.
B.
C.
D.
Una perturbación de un medio que se propaga en el tiempo y en el espacio transportando energía
Un conjunto de partículas que remueven en el tiempo y en el espacio por acción de una perturbación del medio.
Una perturbación de un medio que varía la amplitud al propagarse en el tiempo y en el espacio.
Una perturbación que se propaga en el tiempo pero no en el espacio transportando energía.
6. El ultrasonido se presenta para frecuencias:
A. Entre 0 y 10000 Hz B. Entre 10000 y 15000 Hz C. Entre 15000 y 20000 Hz
D. Mayores de 20000 Hz
7. Una onda sonora es una oscilación en la presión del medio, por lo que la velocidad del sonido en el aire, no dependerá de:
A. la compresión del aire
B. La densidad del aire
C. la composición química del aire.
D. la temperatura del aire
8. Las unidades de intensidad de sonido son:
A. m/s
B. New
9. La intensidad de un sonido está relacionada con:
A. Periodo
B. Frecuencia
10. El tono de un sonido está relacionado con:
A .Amplitud
B. velocidad
D. W/m2
C. W/m
C. Amplitud
D. Armónicos
C, Frecuencia
D. Armónico
11. En una cuerda 1, sujeta a una tensión T se generan ondas armónicas de frecuencia f = 3Hz. En otra cuerda 2 idéntica y
sujeta a la misma tensión que la cuerda 1 se genera una onda con frecuencia 2Hz. Las ondas tienen amplitudes iguales. La
figura que ilustra las formas de las cuerdas en un instante dado es
A.
B.
C.
D.
1
1
1
1
2
2
21  32
2
1  2
2
1  22
31  22
12. Un rayo cae y el trueno se escucha 10 segundos después. Si la temperatura del aire en ese momento es de 20°c . La
distancia a la cual cayó el rayo es de: Recuerde que (V = 331 + 0.6 T)
a. 1200m
b. 4303 m
c. 3430 m
d. 343m
13. ¿Cuál es la velocidad de propagación de la luz en el vidrio si su índice de refracción es 1,5?
( velocidad de la luz en el vacío es de C=300000 km/s) (n=C/v)
a. 100.000 km/s
b. 150.000 km/s
c. 200.000 km/s
d. 50.000 km/s
14. El nivel de intensidad de un punto situado a 100m de una fuente sonora puntual es de 60 dB. La intensidad sonora en ese
punto.
a.
10-8 W/m².
b. 10-6 W/m2
c. 10-12 W/m2
d. 10-10 W/m2