Ondas “ Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación” UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ALUMNOS: Alcántara Cusco Danny Bazán Dávila Karol Chávez Luna Hillary Vásquez Pérez Guadalupe DOCENTE: Almilcar Pérez Zelada. FACULTAD: Ingeniería ESCUELA: Ingeniería de Minas CICLO: IV CURSO: Física II TRABAJO: Ondas de Sonido, luminosas, sísmicas y Doppler. Física II Página 1
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Ondas
“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
ALUMNOS:
Alcántara Cusco Danny Bazán Dávila Karol Chávez Luna Hillary Vásquez Pérez Guadalupe
DOCENTE: Almilcar Pérez Zelada.
FACULTAD: Ingeniería
ESCUELA: Ingeniería de Minas
CICLO: IV
CURSO: Física II
TRABAJO: Ondas de Sonido, luminosas, sísmicas y Doppler.
CAJAMARCA, NOVIEMBRE DEL 2015
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ONDAS DE SONIDO.
1. INTRODUCCION:
El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en
forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un
fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio
de un cuerpo.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que se
producen cuando las oscilaciones de la presión del aire, son convertidas en
ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La
propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la
forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación
del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de
materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de un
medio elástico sólido, líquido o gaseoso. Entre los más comunes se
encuentran el aire y el agua. No se propagan en el vacío, al contrario que
las ondas electromagnéticas. Si las vibraciones se producen en la misma
dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal y
si las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación es
una onda transversal.
La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del
habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir
gráfica o cuantitativamente.
Transmisión del sonido en un fluido. Se produce una onda de presión por compresión, que hace que el resto de las partículas se compriman entre ellas.
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2. FISICA DEL SONIDO.
La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la
propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios
continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos
físicos.
2.1. Propagación del sonido.
Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la
onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y
en los líquidos con mayor rapidez que en los gases.
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la
densidad, de tal manera que un factor de suma importancia es la
temperatura del medio de propagación.
La propagación del sonido está sujeta a algunos condicionantes. Así
la transmisión de sonido requiere la existencia de un medio material
donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda
sonora. En la propagación en medios compresibles como el aire, la
propagación implica que en algunas zonas las moléculas de aire, al
vibrar se juntan (zonas de compresión) y en otras zonas se alejan
(zonas de rarefacción), esta alteración de distancias entre las
moléculas de aire es lo que produce el sonido. La velocidad de
propagación de las ondas sonoras en un medio depende de la
distancia promedio entre las partículas. En el vacío no puede
propagarse el sonido, nótese que por tanto las explosiones
realmente no son audibles en el espacio exterior.
Las ondas sonoras se producen cuando un cuerpo vibra
rápidamente. La frecuencia es el número de vibraciones u
oscilaciones completas que efectúan por segundo. Los sonidos
producidos son audibles por un ser humano promedio si la
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frecuencia de oscilación está comprendida entre 20 Hz y 20000 Hz.
Por encima de esta última frecuencia se tiene un ultrasonido no
audible por los seres humanos. La intensidad de un sonido está
relacionada con el cuadrado de la amplitud de presión de la onda
sonora. Un sonido grave corresponde a onda sonora con frecuencia
baja mientras que los sonidos agudos se corresponden con
frecuencias más altas.
Onda sinusoidal; Variación de frecuencia; Abajo podemos
ver las frecuencias más altas.
2.2. Periodo y Frecuencia.
Si representamos gráficamente una oscilación cualquiera, se llama
período (T) al tiempo que se tarda en realizar un ciclo completo. Se
mide en segundos (s).
La frecuencia (f) es el número de ciclos que se realizan en un
segundo. Es, por tanto, la inversa del período:
f = 1 / T
Se mide en ciclos por segundo (cps), que se denomina normalmente
hercios (Hz).
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2.3. Velocidad del sonido.
La velocidad de propagación (c) del sonido es la velocidad con que
se desplazan las ondas sonoras. Su dirección es perpendicular a la
superficie vibrante bajo forma de ondas. Dentro de unos grandes
límites, esta velocidad es independiente de la magnitud de la presión
acústica.
Esta velocidad guarda la siguiente relación con la longitud de onda y
con el período:
Velocidad = Distancia recorrida / tiempoc = λ / T = λ * 1 / T
Pero como f = 1 / T resulta que:
c = λ * f
NOTA:
EE.UU. marina de
guerra F / A-18
acercándose a la
barrera del sonido. El
halo blanco está
formado por gotas de
agua condensada que
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se cree que el resultado de una caída en la presión de aire alrededor de la
aeronave.
EFECTO DOPPLER.
1. INTRODUCCION.
El efecto Doppler es la variación de la frecuencia de una onda producida
por un móvil respecto de un receptor estático o en movimiento. Es utilizado
para medir flujos sanguíneos en medicina (ecografía Doppler), movimientos
de expansión de galaxias en astronomía (cambios Doppler) e incluso
velocidades de vehículos.
El efecto Doppler es la base física sobre la que funcionan los radares
de velocidad, denominados radares Doppler.
El efecto Doppler, llamado así por el físico austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el
movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler propuso
este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne
und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en
estrellas binarias y otros astros).
2. ¿PORQUE SE PRODUCE EL EFECTO DOPPLER?
La fuente de sonido se acerca al receptor: cuando el coche va acercándose
al receptor, las ondas sonoras se comprimen como un muelle produciendo
una distancia entre crestas muy pequeñas (disminuye la longitud de onda).
Como hemos dicho, cuando sucede esto, la frecuencia aumenta y el sonido
se percibe más agudo.
La fuente de sonido se aleja del receptor: cuando el coche se aleja, las
ondas sonoras se alargan, produciendo longitudes de ondas grandes,
frecuencias pequeñas y por lo tanto sonidos más graves.
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3.
APLICACIONES DEL EFECTO DOPPLER.
Entre sus muchas aplicaciones, caben destacar las siguientes:
3.1. El radar
Una de sus aplicaciones más importantes es la del radar (sistema
electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y
determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas
de radio.) El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad
de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia
constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la
antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler.
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3.2. La Ecocardiografía.
El efecto Doppler ha adquirido en los últimos años una extraordinaria
importancia en el estudio morfológico y funcional cardíaco tanto en sujetos
sanos como en aquellos con enfermedades cardíacas. Esto se debe a que
esta técnica, que está basada en la emisión y recepción de ultrasonidos,
presenta considerables ventajas respecto a otros procedimientos.
Los ultrasonidos son ondas sonoras de muy alta frecuencia que avanzan
según los principios de las ondas mecánicas, es decir, sufren fenómenos de
atenuación, dispersión y reflexión ("rebote") dependiendo de las
propiedades físicas de las estructuras que encuentran a su paso. Estas
propiedades son aprovechadas para estudiar estructuras situadas en el
interior del cuerpo, de tal manera que emitiendo un haz de ultrasonidos
sobre la superficie (por ejemplo, del tórax), éste se refleja al chocar con
estructuras del interior que no puede atravesar (las estructuras cardíacas),
pudiendo recogerse estas señales a través del mismo instrumento utilizado
para su emisión. Un aspecto esencial de esta técnica es que es inocua.
Hasta la fecha no se conocen efectos nocivos sobre el organismo de la
aplicación de ultrasonidos dentro del rango de frecuencias utilizado para el
diagnóstico ecográfico.
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3.3. En Astrofísica
El efecto Doppler ha permitido numerosos avances en astrofísica, por
ejemplo para determinar la estructura de las galaxias y la presencia de
materia oscura, el estudio de estrellas dobles, el estudio de estrellas dobles
o para medir los movimientos de las estrellas y de las galaxias. Esto último,
por decirlo de alguna forma, se consigue observando el color de las
galaxias y cuerpos estelares, pues la luz, al igual que el sonido, es una
onda cuya frecuencia a la que la percibimos puede variar en función del
movimiento.
NOTA:
Los murciélagos lo emplean para
detectar y cazar a un insecto en
pleno vuelo. Cuando el insecto se
mueve más rápidamente que el
murciélago, la frecuencia reflejada
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es menor, pero si el murciélago se está acercando al insecto, la frecuencia
reflejada es mayor.
ONDAS LUMINOSAS.
LUZ: Se llama luz (del latín lux, lucis) a la parte de la radiación electromagnética
que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un
sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como
espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala
específicamente la radiación en el espectro visible.
1. TEORIA ONDULATORIA.
Esta teoría, desarrollada por Christian Huygens, considera que la luz es una
onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el
tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los
campos eléctricos variables generan campos magnético y los campos
magnéticos variables generan campos eléctricos. De esta forma, la onda se
auto propaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos
y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas
son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares
entre sí y respecto a la dirección de propagación. Dada su naturaleza estas
señales no requieren de ningún medio para desplazarse sino que pueden
hacerlo en el vacío, esto hace posible que la luz del sol y otras estrellas
lleguen a nosotros y que podamos comunicarnos con satélites que se
encuentran muy lejanos en el sistema solar usando señales de radio