ONDAS MECANICAS ONDAS MECANICAS
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ONDAS MECANICASONDAS MECANICAS
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ver
IntroducciónIntroducción
Ejemplos de ondas: Olas del mar
Ondas sonoras Ondas generadas por
terremotos
Una onda resulta de la
perturbación de un medioy se propaga de unaregión a otra,transportando energía y
cantidad de movimiento.Sin transporte demateria.
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IntroducciónIntroducción
Ondas mecánicas: necesitan un medio donde propagarse.
La oscilación de cada partícula afecta a susvecinas.La energía suministrada se propaga a las
partículas del medio.
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La vibración de la onda es paralela a ladirección de propagación de la propia onda.Estas ondas se deben a las sucesivascompresiones y enrarecimientos del medio.De este tipo son las ondas sonoras.
Ondas longitudinalesOndas longitudinales
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La vibración de la es perpendicular a ladirección de propagación.
Ondas transversalesOndas transversales
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Eemplo!
"#u$ sucede si nos paramos en un puntoalcan%ado por una onda transversal&
Ver animación
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S o n i d
o
D i f r
a c t a d
o
Emisor Receptor
S o n i d o
R e f l e j a d o
Sonido Transmitido
Propiedades de las Ondas
Superposición e interferencia
ReflexiónRefracciónDifracción
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SuperposiciónSuperposiciónCuando dos o mas ondas se encuentran en una
misma región se atraviesan mutuamente'inter(ieren entre s)* y luego siguen propag+ndosecomo lo ,ac)an inicialmente.
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DOS ONDAS QE EST!N EN "ASE PROD#EN NA $NTER"EREN#$A #ONSTR#T$%A
ESTAR EN "ASE TEN&AN N DES"ASE ENTRE E''AS ()'T$P'O DE *π ⇒
Inter(erencia constructivaInter(erencia constructiva
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-1
-0,5
0
0,5
1
DOS ONDAS QE EST!N EN OPOS$#$+N PROD#EN NA $NTER"EREN#$A DESTR#T$%A
ESTAR EN OPOS$#$+N TEN&AN N DES"ASE ENTRE E''AS ()'T$P'O $(PAR DE π ⇒
Inter(erencia destructivaInter(erencia destructiva
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-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
Inter(erencia con un de(asae deInter(erencia con un de(asae deπ
--
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Ondas estacionariasOndas estacionarias
La cuerda eerce una(uer%a sobre la pared.
Aparece una reacción dela pared sobre la cuerdagenerando la re(le/ión.
Cuando una onda viaa por una
cuerda con un e/tremo (io.
Cuando el e/tremo de la cuerda est+ (io la pulsaciónre(leada se invierte.
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Cuando el e/tremo de la cuerda est+ libre lapulsación re(leada no se invierte.
Ondas estacionariasOndas estacionarias
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ONDA ESTA#$ONAR$A
ES NA $NTER"EREN#$A DE DOS ONDAS
DE $&A' A(P'$TD , "RE#EN#$A- QE
SE PROPA&AN POR E' ($S(O (ED$O
"$N$TO #ON SENT$DOS OPESTOSVer
, /01/
* *A sen2*π 3 4 λ cos2*π t 4 T5
Ondas estacionariasOndas estacionarias
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EL SONIDOEL SONIDOPara que existan las ondas sonoras deben existir
perturbaciones o vibraciones en algún medio.
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El sonido es una ondaEl sonido es una onda
SONIDO COMO ONDA LONGITUDIN
AL
El sonido es una onda longitudinal ya que elaire se comprime y se expande en la mismadirección que avanza el sonido.
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El sonido necesita un medio de propagaciónEl sonido necesita un medio de propagación
Propagación en el aire:◦ uando un cuerpo vi!ra "una regla# por e$emplo%# ensu oscilación &acia la derec&a empu$a las mol'culas de
aire y las comprime. En esa zona aumenta la presióndel aire y se produce una compresión.
◦ uando la regla oscila &acia la izquierda empu$a lasmol'culas &acia el otro lado pero# detr(s de ella# a su
derec&a# se crea una zona de !a$a presión "e)pansión orarefacción%.
◦ Este *enómeno se produce repetidas veces# con lo quelos alti!a$os de presión se transmiten a distancias cadavez m(s ale$adas.
DIAPASON
El sonido se transmite a trav's de medios materiales sólidos#l+quidos o gaseosos# pero nunca a trav's del vac+o.
ver
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uando los alti!a$os de presión llegan a nuestros o+dos# producenvi!raciones en el t+mpano que se transmiten por la cadena de&uesecillos y llegan al caracol.
,ll+ se convierten en impulsos nerviosos# que el nervio auditivo capta
y env+a al cere!ro# donde se trans*orman en una sensación sonora.
El o+doEl o+do
ver
λ
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51000 Aluminio
157037angre
5!00!0 Acero
067807Agua
31"0#xigeno
3$015 Aire331,70 Aire
Rapide92m4s5T2 #5(edio
Rapide9 del sonido en di;ersos medios
PROP
T;
µ
PROPA&;T
λ
T: tensi<n de la cuerda =N>
?: densidad lineal de la cuerda
PROP
,;
δ
Para s<lidos
, es el m<dulo de elasticidad
/ @ es la densidad del medio.
Para cuerdas
Β=
PROP v
δ
lBuidos / gases
B es el m<dulo de
compresiCilidad / @ es la densidad del medio
Ver
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EL SONIDO
ONDAS SONORAS
A(P'$TD
de la onda
producido por
-I/,IONES de los cuerpos
0EDIO N,12/,L
se transmiten a trav's de
en *orma de
OIDO
que reci!e el que pueden
/E3LE4,/SE
Eco/ever!eración
originando
cualidades
IN1ENSID,D
1ONO
1I0/E
tiene tres
"RE#EN#$Ade la onda
"OR(A
de la onda
depende de
depende de
depende de
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El sonido se re*le$aEl sonido se re*le$a
El principio de funcionamiento del sonar utiliza esta cualidad.Este aparato emite un sonido hacia el fondo marino.
Si ese sonido encuentra un obstáculo se refleja en él.
Por el tiempo que tarda en volver al punto de partida se puedeconocer la profundidad a que se halla dicho obstáculo (similar alos murciélagos).
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Eco y rever!eraciónEco y rever!eración
Si la distancia es menor de 56 m# no se perci!en sonidosdistintos# sino un 7nico sonido prolongado que se conocecomo reverberación
Sonido sin eco
Sonido con eco
Sonido sin rever!eración
Sonido con rever!eración
% El eco se produce cuando el sonido se re*le$a en unasuper*icie que se encuentra# como m+nimo# a 56 m de
distancia del emisor.
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$ntensidad$ntensidad TonoTono TimCreTimCre
ualidades del sonido
TT
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&recuencias de onidos que captan algunos animales,
el omCre percibe entre 2*8 *8.8885 F9TonoTono
Sonidos
(edios
Sonidos
&ra;es
Sonidos
Agudos 0G88 F9
$00 '(
$nfrasonidos
0G F9
)urci*lago gato perro del+n saltamontes umano
ltrasonido
0G888 F9*8.888 9
*8 9
Animales pueden emitir ondas ultras<nicas al mo;ili9arse Bue les permite
encontrar alimentos / uir del peligro. #omo murciHlagos- delfines- mariposas.
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1ono1ono
I0 F9 G* F9 0*7 F9 *78 F9 788 F9 0888 F9 *888 F9 I888 F9
El tono de un sonido depende de la
frecuencia de la ;iCraci<n Bue lopro;oca.
'os sonidos pueden ser gra;es o
agudos
'os sonidos gra;es se correspondencon frecuencias Cajas
'os sonidos agudos corresponden a
frecuencias altas
sonido
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IntensidadIntensidad
La intensidad del sonido est(relacionada con la amplitud de laonda sonora.
De acuerdo con su sonoridad los
sonidos pueden ser débiles o fuertes.
El nivel de intensidad del sonidose mide con una escala
decibélica.
I t id d d l idI t id d d l id
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Si se tiene una fuente puntual que emite ondas esféricas de sonido,la intensidad del sonido a una distancia R de la fuente es:
!
P P.
A $ /
= =
π
onde
P 2 la potencia de la +uente
2 el rea de una es+era de radio /, a trav*s
de ella pasa la energa del sonido.
Es decir que la intensidad de una fuente puntual de sonido es
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde lafuente.
!$ /π
Intensidad del sonidoIntensidad del sonido
El movimiento ondulatorio implica la propagación de energía.
4 2 6attm!.
$NTENS$DAD
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El ni;el de intensidad del sonido se mide en deciCeles dJ
$NTENS$DAD
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Estimaci<nen dC
Estudio de graCaci<n ;aco. 8 dC
(urmullo a tres metros. 08 dC
Paso de las ojas de un liCro 08 dC
Susurro a un metro *8 dC
#alle sin tráfico en 9ona residencial I8 dC
Dormitorio tranBuilo de da *7 dC
#on;ersaci<n a tres metros 67 dC
OrBuesta de cuerda / ;iento G8 dC
OrBuesta de metales K8 dC
Despertador a 68 cm L8 dC
#alle ruidosa con muco tráfico M8 dC
"áCrica industrial ruidosa 088 dC
mCral del dolor 0*8 dC
A;i<n a reacci<n a *88m 068 dC
#oete espacial a unos I.888m *88 dC
$NTENS$DAD
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Ondas estacionariasOndas estacionarias
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La frecuencia característica de unsonido es la frecuencia!"#$%E"&$L que se dasimult'neamente junto a otrasvi(raciones llamadas armónicos.
Los armónicos no son claramenteaudi(les de(ido a que suintensidad es menor que la nota
fundamental.
ArmónicosArmónicosOndas estacionariasOndas estacionarias
'os arm<nicos son los responsaCles del timCre del sonido.
1IM23E
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TimCre es la cualidad Bue permite diferenciar dos sonidos de la
misma intensidad / frecuencia emitidos por instrumentos distintos.
E 8 un violn emite un sonido con un timbre caracterstico producido por
las vibraciones de la cuerda 9 de la ca8a de resonancia.
Está relacionado con la forma de la onda.
En la ilustraci<n puedes oCser;ar las formas de las ondas
emitidas por ;arios instrumentos.
Violí
n
1IM23E
: El timCre es el aspecto propio del sonido determinado por el nmero de
arm<nicos / las propias ;iCraciones de la fuente emisora
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Si se superponen dos ondas de frecuencias f ! f " mu! parecidas
El sistema auditi;a no es capa9 de distinguirlas por separado.
Se perciCe una frecuencia de 2f 01f *54* Bue camCia en amplitud
a una frecuencia de f *f 0
;8emplo f 0 I88 F9 / f * I86 F9
e percibe una +recuencia de 2f 01f *54* I8* F9
cu9a amplitud varia con +recuencia <f *f 05 6F9
ANIMACION
Pulsaciones 8atido
destructi;a
constructi;a
In*rasonidos región de las *recuencias menores a 9 ;z
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Ejemplos:
'as ondas longitudinales generadas por sismos / erupciones
;olcánicas. 'as generadas por el ;iento / patrones de comportamiento
atmosfHrico 2truenos5.
Algunos animales como el elefante tienen respuesta auditi;a en esta
regi<n.
(otores de coetes / a;iones
In*rasonidos8 región de las *recuencias menores a 9 ;z
e considera que los in+rasonidos aunque no son conscientemente
perceptibles pueden provocar estados de ansiedad- triste9a- temClores. Por
e8emplo, ondas de elevado volumen pero comprendidas entre los 8-7 9 08 F9,son su+icientes para acer vibrar al ;estCulo <en el odo interno=.
>os in+rasonidos producidos por motores como los de ciertos acondicionadores
de aire o aviones de reacci?n pueden provocar v*rtigos, nausias, ce+aleas al
ser a+ectado el odo interno.
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A4LICACIONES EN MEDICINA 5 ODON1OLO67ADEL 8L13ASONIDO
#impieza dientes por cavitación.
E$amen de tejidos ! %rganos internos. &iagn%stico médico
'erapia médica (isioterapia). nstrumental quir*rgico (#it%lisis).
En medicina confiere seguridad y conveniencia por serno invasivo y atraum(tico
=
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El ultrasonido cuando atraviesa un tejido es a(sor(ido )puede elevar la temperatura local, produciendo cam(ios
(iológicos.
#e(ido a la cavitación, el ultrasonido puede alterarestructuralmente )*o funcionalmente a células (iológicas omacromoléculas en suspensión acuosa.
El colapso de (ur(ujas en la cavitación li(era energía quepuede romper las uniones moleculares, produciendo radicaleslibres altamente reactivos ) como consecuencia, causarcam(ios químicos.
Los resultados obtenidos muestran 9ue un bioe(ectosustancial ,a sido veri(icado con un ,a% ultrasónico deintensidad superior a :;; m<-cm .
E0EC1OS 2IOL=6ICOS DEL 8L13ASONIDO
A4LICACIONES #87MICAS DEL 8L13ASONIDO
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Sntesis de nue;os compuestos Bumicos- como idrocarCuros a partir deotros compuestos.
Aumentar la reacti;idad de algunos catali9adores / reacti;os
Aumentar la acti;aci<n de metales como el litio- el magnesio- el cinc o el
coCre.
Aplicadas soCre ciertos materiales para producir fen<menos deBuimioluminiscencia- emitiendo radiaciones luminosas- / utili9arlas como
medio analtico.
Reali9ar la llamada sonopolimeri9aci<n donde se producen radicales
liCres / aumentar las ;elocidades de emulsi<n de ciertos polmeros.
A4LICACIONES #87MICAS DEL 8L13ASONIDO
'a sonoBumica es una rama de la Bumica Bue aplica la energa transportada
por las ondas sonoras para pro;ocar / acelerar reacciones Bumicas.
A4LICACIONES EN 0A3MACODINAMIA DEL 8L13ASONIDO
Se a utili9ado ultrasonido en ;arias terapias medicamentosas para
mejorar la farmacodinamia 2la aCsorci<n / transporte de drogas5 en tejidos
como tumores.
'a disposici<n de drogas tromColticas en un coágulo sanguineo.
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ANIMACIÓN
E*ecto DopplerEs el camCio de la frecuencia de la onda deCido al
mo;imiento relati;o entre el emisor / el receptor.
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E*ecto Doppler
0 s
s
v f f
v v =
−
0 s
s
v f f
v v =
+
&uente en acercándose a un receptor
estacionario f 8 aumenta
&uente en alejándose a un receptor
estacionario f 8 disminu/e
na fuente emisora acercándose al receptor fijo.
upongamos que la rapide9 del sonido sea ;, 9 de la fuente
en mo;imiento ;s. >a +recuencia del sonido emitido por la+uente posee una +recuencia f s 9 que la +recuencia que
escuca el receptos sea f o .
e puede demostrar que + o en este caso es
,plicaciones del e*ecto Doppler para el estudio de la
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p pp pcirculación sanguinea
i existe una obstrucci?n en una arteria,
a9 un camCio en la ;elocidad 9 por lo
tanto camCia la frecuencia
;l sonido es re+le8ado por los gl?bulos ro8os
que se acercan 9 luego se ale8an del emisor auna determinada ;elocidad / frecuencia.
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Ecogra()as D
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Ejemplos de ecografías 4D con efecto Doppler.
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BIBLIOGRAFÍA
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1$$3"::ne-$on.&n#&e.me&.es:#n!e;.1$m %9ET an#ma&#ones---.!o&en&#a.un$.e!u.ar:<#o=u#m#&a>#s#&a