SEGUNDO PERIODO
UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 3SONIDO
LOGRO: Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del
sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor
algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones
problmicas.
COMPETENCIAS:Interpreta el concepto de onda, as como sus
elementos que le caracterizanArgumenta los cambios en los
resultados cuando cambian las variables.Propone experimentos para
demostrar los fenmenos ondulatorios.
CONTENIDOSGUA N3ONDAS SONORASGUA N4RAPIDEZ DEL SONIDOGUA No.
5PROPIEDADES DEL SONIDO
Define los elementos de una onda y los valores mximos y mnimos
que las caracterizan.Determina la rapidez del sonido de acuerdo al
medio de propagacin y a la temperatura.Resuelve problemas de
aplicacin que involucran la intensidad y el nivel de intensidad del
sonido.
CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento
B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en
el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e
inventiva.Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas,
participacin activa, puntualidad y asistencia.
GUIA No. 01 (2 semanas)
1.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:El trmino sonidodefine
solamente las oscilaciones que pueden dar lugar a una sensacin
auditiva en elodohumano y por lo tanto puede considerarse
constituido por los movimientos ondulatorios que se propagan con
unosvaloresde frecuencia que oscilan entre los 20 y los 20.000 Hz,
intervalos de frecuencia que constituyen la denominada banda
acstica fsica de la voz.El sonidoes un movimiento ondulatorio
longitudinal enel cual es necesario considerar tres elementos: la
produccin, la transmisin y la recepcin.Se denomina acsticala parte
de la Fsica que estudia los fenmenos que percibe el sentido del odo
y que se denomina ruidos o sonidos. Los ruidos corresponden a
percepciones auditivas breves, o por lo menos descontinuas; los
sonidos dan una sensacin de continuidad, permaneciendo durante
cierto tiempo idnticos a s mismos, y les corresponde una sensacin
musical particular.La acsticaestudia el sonido en toda la amplitud,
ocupndose as de su produccin y propagacin, de su registro y
reproduccin, de la naturaleza del proceso de audicin, de los
instrumentos y aparatos para la medida, y de las condiciones idneas
para las salas de audicin.Como rama de la fsica, la acsticaculmin
su desarrollo en el sigloXIX, gracias a los trabajos de Hermann von
Helmholtz y de lord Rayleigh, y sus bases tericas han permanecido
prcticamente sin cambios hasta hoy. Sin embargo,en la actualidad ha
tomado un cierto inters debido a la importancia que ha alcanzado en
la transmisin, reproduccin y amplificacin del sonido; en la aviacin
y en las variadsimas aplicaciones de los ultrasonidos.Un cuerpo slo
puede emitir un sonidocuando vibra, en forma de una onda mecnica.
Para que el sonido se transmita debe existir un medio elstico a
travs del cual se puedan propagar las vibraciones que lo
originaron. Ese medio elstico es normalmente el aire, pero puede
ser cualquier otro medio material como un gas, un lquido o un
slido,pero no se puede propagar en el vaco, es decir, en ausencia
de materia.Cuando una onda sonora llega al tmpano del odo, ste
entra en vibracin y su vibracin setransmite a los huesecillos que
se apoyan suavemente sobre l. Los instrumentos musicales ilustran
perfectamente la variedad de cuerpos cuya vibracin puede dar origen
a un sonido. Esencialmente, en los instrumentos de viento, lo que
vibra es la columna de aire contenida en el instrumento; en los
instrumentos de cuerda, lo que vibra son las cuerdas del
instrumento; y en los instrumentos de percusin lo que vibra es un
diafragma o bien un objeto metlico (unos platillos, por
ejemplo).
De otra parte, unaonda electromagnticaes la forma de propagacin
de laradiacin electromagnticaa travs del espacio y sus aspectos
tericos estn relacionados con la solucin en forma de onda que
admiten lasecuaciones de Maxwell. A diferencia de lasondas
mecnicas, las ondas electromagnticas no necesitan de un medio
material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por
elvaco.
Desde un punto de vista fsico el sonido comparte todas las
propiedades caractersticas del comportamiento ondulatorio, por lo
que puede ser descrito utilizando los conceptos sobre ondas.
2.PRESABERES(trabajo en grupo)Resuelva en el cuaderno de fsica,
con sus propias palabras:
Dibuja la forma de una onda sinusoidal? Adems del sonido, qu
otros fenmenos de la naturaleza se propagan a travs de ondas? La
luz se puede propagar en el vaco? Qu es una seal anloga? Qu son
lneas paralelas y perpendiculares? El sonido viaja a la misma
velocidad en todos los medios? Cul es la velocidad del sonido en el
aire? Cul es la velocidad de la luz? Investigue el proceso mediante
el cual el sonido fsico es convertido en sonido fisiolgico.
3.NUEVOS CONCEPTOS
ONDAS SONORAS:Las ondas sonoras constituyen un tipo de ondas
mecnicas que tienen la virtud de estimular el odo humano y generar
la sensacin sonora.El sonido es un tipo de onda que se propaga
nicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la
perturbacin.
Cuando dejamos caer una piedra en un estanque tranquilo, se
forman ondas circulares concntricas que van extendindose por la
superficie del agua a medida que pasa el tiempo. Cuando se observa
este fenmeno con cuidado, se comprueban varios hechos
interesantes:En primer lugar, que las ondas que se forman son una
serie de elevaciones y depresiones alternadas y equidistantes; en
segundo lugar, que avanzan con una velocidad constante.Las ondas
sonoras son esfricas pues se propagan en todas las direcciones segn
todos los radios de una esfera en cuyo centro se encuentra la
fuente que vibra.Todo movimiento ondulatorio peridico, se
distinguen los siguientes elementos:
Elongacin:es el desplazamiento entre la posicin de equilibrio y
la posicin en un instante dado.
La amplitud de onda:es la altura de una cresta o la profundidad
de un valle con respecto a la posicin de equilibrio (eje x). Es la
mxima elongacin.La longitud de onda:es la distancia entre dos
crestas o dos valles consecutivos. Se representa por(letra griega
Lambda).Frecuencia: (f)es el nmero de vibraciones producidas por
unidad de tiempo. La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz) que
equivale a una vibracin por segundo (1 Hz = 1 vib/seg = 1
s-1).Periodo: (T)es el tiempo en el cual se produce una vibracin o
el tiempo en que una onda emplea en desplazarse una longitud de
onda.Velocidad de propagacin de la onda:debido a que la onda se
propaga una longitud de ondaen un tiempo equivalente a un periodoT,
la velocidad de propagacin que es constante se expresa
mediante:
v = /T = .f
De acuerdo a la expresin anterior, podemos decir que las ondas
con menor frecuencia, tiene mayor longitud de onda? Justifique su
respuesta.Es conveniente sealar que la velocidad de propagacin
depende de la naturaleza de la onda y las caractersticas del medio,
pero no de su frecuencia.Se dice que una onda transporta energa sin
que haya transporte de masa.La velocidad de propagacin de lo que
llamamos "perturbacin" por los medios materiales, slidos, lquidos o
gases, depender de la proximidad de las partculas del medio y de
sus fuerzas de cohesin. As, la velocidad de propagacin ser mucho
mayor en los slidos (con las partculas muy prximas y fuertemente
ligadas) que en los lquidos, y sobre todo, que en los gases (con la
partculas mucho ms alejadas y debilsimas fuerzas ente ellas en
movimiento catico y desordenado).Ejemplo: en la superficie de un
estanque se propagan ondas cuya frecuencia es de 5 Hz y cuya
amplitud mide 10 cm. Si las ondas emplean 20 segundos en recorrer 4
metros, calcular:a)El periodo.b)La velocidad de propagacin.c)La
longitud de onda.Solucin:a)Debido a que la frecuencia es de 5 Hz,
el periodo de oscilacin de las ondas es de:
T = 1/f= 1/5s-1=0.2 s.
b)Como las ondas empleas 20 s en recorrer 4 m, tenemos que la
velocidad es:
v = 4m/20s =0.2 m/s.
c)Para la longitud de onda: = v/f= 0.2 ms-1/5s-1= 0.04 m =4
cm
4.AMPLIACIN DE CONCEPTOS
ONDAS TRANSVERSALES Y ONDAS LONGITUDINALES:la direccin de la
propagacin de las ondas puede ser paralela o perpendicular a la
direccin de la oscilacin.Propagacin
Direccin de propagacin
En lasONDAS TRANSVERSALESlas partculas del medio oscilan en
direccin perpendicular a la direccin en que se propaga el
movimiento ondulatorio. Mientras cada partcula de la cuerda oscila
en direccin vertical, la onda se propaga en direccin horizontal
(perpendicular).Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de
los instrumentos musicales, en las superficies de los lquidos, las
ondas electromagnticas que constituyen las ondas de radio y la luz
son transversales.
En lasONDAS LONGITUDINALESlas partculas del medio material
oscilan en la misma direccin en que se propaga el movimiento
ondulatorio. Si se golpea el diapasn, ste vibra y produce ondas que
son paralelas a la fuente que lo produce.Las ondas sonoras son
ondas longitudinales
Cmo se podran producir ondas transversales y longitudinales en
una cubeta con agua, utilizando una regla, por ejemplo?
Las ondas ssmicas son longitudinales o transversales?
ACTIVIDAD EN EL AULA
5.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las siguientes
situaciones:
a)La longitud de onda de la luz amarilla es 6 x 10-7m y la
velocidad de la luz es 3 x 108m/s. Cul es la frecuencia de estas
ondas?b)Describe el movimiento de una partcula de un medio cuando a
travs de l viaja una onda transversal.c)Describe el movimiento de
una partcula de un medio cuando a travs de l viaja una onda
longitudinal.d)En la figura se muestra dos configuraciones de
ondas, producidas en el mismo estanque con agua. Indica en cul de
las dos es mayor: la longitud de onda, la velocidad y la
frecuencia.
e)Realiza una grfica sinusoidal aproximada, para el ejercicio
anterior.f)La velocidad de una onda es 20 m/seg y la frecuencia es
de 100 Hertz. Cul es la longitud de la onda?g)La distancia entre
dos puntos consecutivos de una onda que vibra en forma idntica es 2
m. Si la frecuencia es de 10 Hertz. Cul es la velocidad de
propagacin de la onda?h)El Periodo de una onda es de 0,75 seg y su
longitud es de 1,50 m. Cul es la velocidad de propagacin?i)Cul es
la longitud de onda () de un sonido de 500 Hz de frecuencia?j)Qu
efecto produce la superposicin de dos ondas en fase y en oposicin
de fase?k)Supn una onda que se transmite a velocidad constante (la
luz en el vaco) Qu ocurrira si aumenta su frecuencia?l)Dos fuentes
a 10 cm de distancia emiten ondas de longitud de onda 8 cm. Qu
condicin cumplen los puntos donde se produce una interferencia
constructiva? y si es interferencia destructiva? Qu clase de
superficie se forma al unir estos puntos?m)Averigua cunto miden las
longitudes de onda del espectro visible?
C O N S U L T E Y R E S U E L V A
6.TRABAJO INDIVIDUAL
Resuelva los siguientes problemas:a)Durante la tempestad se
escucha un trueno 8 s despus de haberse percibido el relmpago. A qu
distancia cay el rayo?b)Qu longitud de onda corresponde para una
onda sonora cuya frecuencia es de 20.000 Hz y se propaga con una
velocidad de 340 m/s?c)En poca de lluvia, es muy comn que de
momento se observa una luz brillante y posteriormente el trueno. A
qu distancia se produce un rayo, si al observar el relmpago de luz,
cuatro segundos despus se escucha el trueno?d)Considerando el
problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue
de 1360 m, en qu tiempo se escuchara el trueno, si el sonido ahora
viaja por agua?e)El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la
frecuencia de ste es de 261 Hertz. Y se transmite en el aire cul
ser la longitud de onda?f)El odo humano percibe sonidos cuyas
frecuencias estn comprendidas entre 20 y 20000 Hertz. Calcular la
longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga
en el aire con la velocidad de 330 ms-1.g)Una cuerda de un
instrumento musical tiene 0,84 m de longitud y su frecuencia
fundamental es de 192 Hertz. Cul ser dicha frecuencia si la cuerda
se acorta hasta 0,62 m?h)Se ha comprobado que cierto pjaro tropical
vuela en cuevas totalmente oscuras. Para sortear los obstculos
utiliza el sonido, pero la frecuencia ms elevada que puede emitir y
detectar es de 8000 Hz. Evaluar el tamao de los objetos ms pequeos
que puede detectar.
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INSTITUCIN EDUCATIVA CIUDADELA DEL SUR EDUCACIN BSICA
SECUNDARIAREA DE FSICA
UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 3RAPIDEZ DEL SONIDO
LOGRO:Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del
sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor
algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones
problmicas.
COMPETENCIAS:Interpretael concepto de ondayconoce los distintos
tipos de ondas.Argumentalos cambios en los resultados cuando
cambian las variables.Propone experimentos para demostrar los
fenmenos ondulatorios.
CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento
B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en
el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e
inventiva.Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas,
participacin activa, puntualidad y asistencia.
GUIA No. 04 (2 semanas)
1.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:
Espionaje acstico mediante el teclado
La noticia que ha dado la vuelta al mundo est fundamentada en
que los sonidos derivados al pulsar el teclado del ordenador pueden
ser decodificados y originar cierto 'espionaje acstico'.Los espas
son capaces de introducir los sonidos grabados al teclear en un
ordenador y usar un algoritmo para recuperar hasta el 96% de los
caracteres del teclado pulsados por los mecangrafos.Este nuevo
mtodo ser el reto de los expertos en seguridad informtica y
privacidad.Mediante la grabacin del sonido del tipeo y su posterior
anlisis con el algoritmo, se logr reconstruir el 96% de los
caracteres introducidos.Un usuario tpico teclea unos 300 caracteres
por minuto, lo que deja suficiente tiempo a la computadora para que
pueda aislar cada golpe de teclado.El funcionamiento de este
mecanismo se adapta al patrn de escritura de mltiples mecangrafos y
supera el ruido de fondo, como la msica o el sonido de los telfonos
mviles.Tampoco ser necesario ningn equipo especial de grabacin, ya
que el sonido del teclado puede ser grabado usando un mecanismo
estndar.Aunque la opinin de los expertos no genera temor, pues est
fundamentada en que es poco el uso que los empleadores tendrn al
ser observados y menos por descubrir detalles de los negocios de
los rivales.
3.PRESABERES(trabajo en grupo)
Resuelva en el cuaderno de fsica, con sus propias palabras:
Qu son lneas paralelas y perpendiculares? El sonido viaja a la
misma velocidad en todos los medios? Cul es la velocidad del sonido
en el aire? Cul es la velocidad de la luz?
4.NUEVOS CONCEPTOS
RAPIDEZ DEL SONIDO:el sonido en el aire tiene una velocidad
significativamente menor que la velocidad de la luz. La velocidad
del sonido depende de lacomprensibilidaddel medio material por el
que se propaga. Se dice que un material es ms comprensible que otro
si experimenta mayor deformacin o disminucin del volumen cuando
ambos se someten a la misma presin. Cuanto menos comprensible sea
el medio, mayor es la propagacin de las ondas sonoras a travs de
l.
5.INTERPRETACIN DE LA NUEVA INFORMACIN
Casi todos los sonidos que escuchamos se transmiten a travs del
aire. Pero el sonido se transmite con ms intensidad y ms aprisa en
el metal que en el aire.El sonido no se propaga en el vaco, siempre
debe existir un medio. ste se transmite con ms rapidez en los
lquidos que en los gases, y todava ms aprisa en los slidos.
La rapidez del sonido en aire seco a 0C es de aproximadamente
331 m/s.
Cul es la velocidad del sonido en el aire a 0 C., expresada en
km/h?
Pero esta rapidez es ligeramente mayor cuando el aire contiene
vapor de agua y aumenta tambin con la temperatura, pues las
molculas de aire caliente, que se mueven ms aprisa, chocan unas con
otras ms a menudo y por tanto transmiten un impulso en menos
tiempo. Por cada grado de incremento en la temperatura del aire
arriba de 0C, la rapidez del sonido aumenta en 0.60 m/s. as pues,
en el aire a la temperatura normal de 20C el sonido se propaga a
unos 341 m/s.La rapidez del sonido en un material especfico no
depende de la densidad del material, sino de su elasticidad, que es
la capacidad de un material para cambiar de forma en respuesta a
una fuerza aplicada y recuperar su forma original una vez que la
fuerza desaparece.
En los materiales elsticos los tomos estn relativamente juntos y
responden con prontitud a los movimientos de los dems, por lo cual
transmiten la energa con pocas prdidas. El sonido se propaga con
una rapidez alrededor de 15 veces mayor en el acero (el acero es
muy elstico) que en el aire, y unas cuatro veces ms aprisa en el
agua que en el aire.
La expresin que relaciona la velocidad (v) del sonido en el
aire, expresada en m/s con la temperatura (T) expresada en C, se
puede escribir de la siguientemanera:
v = (331 m/s + 0.6 m/s. C-1. T)
La tabla 1 muestra la velocidad del sonido en diferentes
medios:MEDIOVELOCIDAD (m/s)
Aire (0C)331
Aire (15C)340
Aire (100C)366
Helio (0C)972
Hidrgeno (0C)1.290
Oxgeno (0C)317
Agua (25C)1.490
Aluminio5.100
Cobre3.560
Hierro5.130
Plomo1.320
Granito6.000
TABLA 1
Ejemplo:Calcular la velocidad del sonido en el aire a una
temperatura de 20C y exprsela en cm/s.
Solucin:A partir de la ecuacin que relaciona la velocidad del
sonido con la temperatura, tenemos que:
v = (331 m/s +0.6 m/s . 20C) =343 m/sProblema propuesto:Calcula
la velocidad del sonido si la temperatura aumenta de 20 a 30C.
ACTIVIDAD EN EL AULA
6.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las
siguientessituaciones problmicas:a)Un foco sonoro colocado bajo el
agua tiene una frecuencia de 750 Hertzyproduce ondas de2 m. Con qu
velocidad se propaga el sonido en el agua?b)Supn una onda que se
transmite a velocidad constante (la luz en el vaco). Qu ocurrira si
aumenta su frecuencia?c)Calcula el tiempo que emplea el sonido en
recorrer 1.5 km. en el aire a 0 C, en el aire a 15 C y en al
agua.d)Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de
750 Hertz y produce ondas de 2 m. Con qu velocidad se propaga el
sonido en el agua?e)Calcula el tiempo que emplea el sonido en
recorrer 1.5 km. en el aire a 0 C, en el aire a 15 C y en al
agua.f)Un barco emite simultneamente un sonido dentro del agua y
otro en el aire. Si otro barcodetecta los sonidos con una
diferencia de 3 s, a qu distancia estn los barcos?
C O N S U L T E Y R E S U E L V A
7.TRABAJO INDIVIDUAL
a)En poca de lluvia, es muy comn que de momento se observa una
luz brillante y posteriormente el trueno. A qu distancia se produce
un rayo, si al observar el relmpago de luz, cuatro segundos despus
se escucha el trueno?b)Considerando el problema anterior, si la
distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m, en qu tiempo
se escuchara el trueno, si el sonido ahora viaja por agua?c)Una
tubera de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido
tarda en llegar al punto donde se escucha en 0.53 segundos a qu
velocidad viaja el sonido?d)Un foco sonoro colocado bajo el agua
tiene una frecuencia de 750 Hzyproduce ondas de 2 m. Con qu
velocidad se propaga el sonido en el agua?e)Cierta onda ultrasnica
que se propagan en el aire tienen una longitud de onda de 3.8 x
107m. Cul es su frecuencia?f)Una tubera de acero es golpeada a una
distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto donde se
escucha en 0.53 segundos a qu velocidad viaja el sonido?g)Un foco
sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 Hz y
produce ondas de 2 m. Con qu velocidad se propaga el sonido en el
agua?h)Una superficie de aluminio es golpeada a una distancia de 10
kilmetros. Cunto se demora el sonido para llegar al punto donde se
escucha?i)Cul es la temperatura que se considera para que el sonido
se propague a 340 m/s?j)Cierta onda ultrasnica que se propagan en
el aire tienen una longitud de onda de 3.8 x 107m. Cul es su
frecuencia?
INSTITUCIN EDUCATIVA CIUDADELA DEL SUR EDUCACIN BSICA SECUNDARIA
REA DE FSICA 11
UNIDAD DIDCTICA 2: GUA# 5PROPIEDADES DEL SONIDO
LOGRO:Analizar y aplicar las propiedades de los fenmenos del
sonido, comprendiendo sus leyes y principios, para entender mejor
algunos fenmenos de la naturaleza y resolver situaciones
problmicas.
COMPETENCIAS:Interpreta el concepto de onda y conoce los
distintos tipos de ondas.Argumenta los cambios en los resultados
cuando cambian las variables.Propone experimentos para demostrar
los fenmenos ondulatorios.
CRITERIOS DE EVALUACINMomento A: Apropiacin de conceptos,Momento
B: Anlisis y propuesta de solucin de problemasMomento C: Prctica en
el contextoMomento D: capacidad de hacer nuevas propuestas e
inventiva. Cumplimiento y responsabilidad con trabajos, tareas,
participacin activa, puntualidad y asistencia.
GUIA No. 05 (3 semanas)
2.MOTIVACIN:realiza la siguiente lectura:
El ruido y su medidaEl ruido adquiere una importancia cada vez
mayor en la vida moderna, debido, agran parte, a la extensin del
trfico y a la mecanizacin de todo gnero, incluso en las actividades
domsticas. Se ha observado que los ruidos desagradables provienen,
casi totalmente, de la circulacin de la calle; a ellos hay que
aadir los que producen los aparatos domsticos, especialmente
receptores de radio y televisin, aparte, claro est, de otras causas
accidentales, como las perforadoras neumticas o los motores
extractores, compresores, etc., que funcionan en las proximidades.
El problema del efecto del ruido sobre los seres humanos esta
estudiado desde puntos de vista sicolgicos y mdicos, y trasciende
el campo del fsico puro. Se sabe que el ruido afecta las funciones
motrices, como el tiempo de reaccin, molesta lasfunciones
cerebrales, segn se comprueba con los test de inteligencia. La
velocidad de la respiracin y del pulso se alteran, y aumenta la
presin sangunea. Tambin son afectadas por el ruido las
contracciones del estmago. Hay pruebas de que estos efectos son
esencialmente biolgicos, no solo porque las funciones afectadas
escapan al control de la voluntad, sino porque se ha observado este
tipo de reacciones frente al ruidoen animales a los cuales se
lesextirp los hemisferios cerebrales. Se ha comprobado tambin la
influencia del ruido en la productividad, en las industrias y
oficinas y sobre todo en el estudio. Resulta evidente un aumento en
el rendimiento de trabajo al disminuir la cantidad de ruido.
Incluso despus de varios aos de trabajo en ambientes ruidosos, el
obrero no est completamente adaptado al ruido, sino que se adapta
paulatinamente, hasta llegar a un punto en que desaparece a causa
de la fatiga.
PROPIEDADES DEL SONIDO:las propiedades del sonido que nos ayudan
a diferenciar unos sonidos de otros son:a)TONO:una propiedad
importante del sonido es el TONO, o lo que es lo mismo la
FRECUENCIA con la que vibran las partculas del medio. Dicha
frecuencia determina que un sonido sea AGUDO o GRAVE segn su
valor.A los sonidos altos o agudos como los producidos por las
cuerdas delgadas de una guitarra, corresponden frecuencias altas,
en tanto que los sonidos graves o bajos corresponden a las
frecuencias bajas de las cuerdas gruesas.La respuesta del odo
depende de la frecuencia del sonido percibido. El odo humano slo
puede percibir sonidos entre los 20 y los 20.000 Hz. Las ondas
longitudinales por fuera de ese rango se conocen como infrasonidos
y ultrasonidos respectivamente.En el aire dichos valores extremos
corresponden a longitudes de onda que van desde 16 metros hasta 1,6
centmetros respectivamente.En general se trata de ondas de pequea
amplitud.
Muchos animales como los perros detectan sonidos con frecuencias
cercanas a los 50.000 Hz y los murcilagos detectan frecuencias
cercanas a los 100.000 Hz. El ultrasonido es empleado en medicina
para destruir clculos renales sin necesidad de intervencin
quirrgica y para realizar exmenes de diagnstico por medio de
ecografas. Las ondas de infrasonido son caractersticas de las ondas
ssmicas.Los msicos identifican los tonos de las notas musicales por
su frecuencia caracterstica. As por ejemplo, la frecuencia de la
nota Do es de 256 Hz, mientras que la de la nota La es de 440 Hz.As
el sonido ms grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de
82,4 Hz y el ms agudo a 698,5 Hertz.
Ejemplo:calcular la longitud de onda de la nota La, cuya
frecuencia es de 440 Hz, si la velocidad del sonido es 340 m/s.
Solucin:De la expresin= v/f, tenemos que: = 340 ms-1/440 s-1 =
0.77 m
b)INTENSIDAD:se relaciona con la cantidad de la energa que
transportan las ondas sonoras. Esta caracterstica nos permite
diferenciar sonidos fuertes de sonidos dbiles. Definimos la
intensidad del sonido como la cantidad de energa transmitida por
unidad de rea en la unidad de tiempo. En otras palabras, intensidad
es la potencia transmitida por unidad de rea. La intensidad del
sonido se expresa en vatios sobre m2(W/m2).
SONIDOINTENSIDAD(W/m2)NIVEL DEINTENSIDAD (dB)
Motor de reaccin102140
Umbral de dolor1120
Automvil sin silenciador10-2100
Fbrica de mquinas10-480
Conversacin en voz alta10-660
Biblioteca tranquila10-840
Susurro10-1020
Umbral de audicin10-120
Tabla 2. Intensidad de algunos sonidos.
El odo humano puede detectar sonidos con una intensidad
comprendida entre 10-12W/m2y 1 W/m2.La sensacin del odo se describe
por medio de una caracterstica subjetiva llamada volumen del sonido
o sonoridad. Si la intensidad de un sonido es 10 veces la de otro,
la sonoridad del ms intenso es el doble de la sonoridad del ms
dbil.
Nivel de Intensidad:es usual expresar la medida de lo intenso o
lo dbil que resulta un sonido con una escala logartmica por medio
de la cual a cada intensidadIle corresponde un nivel de intensidad
, que se define como:
Nivel de intensidad = = 10 dB . log I/I0
DondeI0es la mnima intensidad audible por el odo humano, es
decir 10-12W/m2. El nivel de intensidad se expresa en decibeles
(dB). Por cada 10 decibeles se aumenta la intensidad de un sonido,
la sonoridad se duplica.
Variacin de la intensidad con la distancia a la fuente:al
alejarnos de una fuente que emite un sonido, encontramos que la
intensidad disminuye debido a que el medio de propagacin absorbe
parte de la energa y a que cuanto ms lejos nos encontremos de la
fuente, la potencia se distribuye en un rea mayor. De esa manera
tenemos que:I = P/A
La expresin anterior nos dice que la Intensidad es directamente
proporcional a la potencia e inversa al rea.Ejemplo:Una fuente
sonora emite con una potencia de 0.05 W. Calcular:a)La intensidad
que se percibe a 10 m de distancia de la fuente.b)El nivel de
intensidad a tal distancia.c)La distancia a partir de la cual no se
escucha el sonido proveniente de la fuente.Solucin:a)A 10 m de
distancia, la potencia radiada se debe distribuir en una esfera de
radio 10 m, cuya rea es:A = 4 . r2=4 . (10 m)2=1.256 m2Por lo
tanto:I = P/A = 0.05 W/1.256m2=4,0 . 10-5W/m2
b)El nivel de intensidad es:
= 10 dB . Log I/I0= 10 dB . Log 4,0 . 10-5/10-12=76 dB
c)A la distancia r a la cual no se percibe el sonido proveniente
de la fuente, la intensidad debe ser 10-12W/m2.Como I = P/A,
tenemos que:10-12W/m2= 0.05 W /4 . r2,donder = 63.078 m.
Tabla 3. Nivel de intensidad del sonido (dB).
Timbre:el timbre del sonido es la caracterstica a la que nos
referimos para distinguir los sonidos emitidos por dos fuentes
diferentes aunque tengan el mismo tono y la misma intensidad. Por
ejemplo, diferenciamos dos sonidos, uno proveniente de un violn y
otro proveniente de una flauta aunque produzca la misma nota con la
misma intensidad.Pocas veces las ondas sonoras corresponden a
sonidos puros, slo los diapasones generan este tipo de sonidos, que
son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda
armnica.
Ondas de diferentes instrumentos musicales
6.GLOSARIO:defina con sus propias palabras:
Ondas,sonido,compresin,acstica,propagacin,vibracin,onda mecnica,
medio, vaco,amplitud,longitud de onda,frecuencia,periodo, velocidad
de propagacin, ondas transversales, ondas longitudinales,la funcin
de onda,rapidez del sonido, comprensibilidad,
densos,tono,intensidad, nivel de intensidad, variacin de la
intensidad con la distancia a la fuente,timbre.
ACTIVIDAD EN EL AULA
7.TRABAJO EN GRUPO:resuelva e interprete las siguientes
situaciones:
a)Un sonido tiene una intensidad de 2 x 107W/m2Cul es su nivel
de intensidad en decibeles?b)Una persona aumenta el nivel sonoro de
su voz de 30 dB a 60 dB. Cuntas veces aument la intensidad del
sonido emitido?c)La intensidad de un sonido es el triple de la
intensidad del sonido mnimo audible por el hombre. Cul es su nivel
de intensidad?d)Teniendo en cuenta que la intensidad del sonido
mnimo audible por el hombre es de 1012W/m2, qu distancia mnima debe
alejarse una persona de una fuente sonora puntual de potencia
acstica 6108 W para no orla?e)Cierta fuente puntual emite ondas
sonoras de 80 W de potencia. Calcula la intensidad de las ondas a
3,5 m de la fuente.f)Una intensidad acstica de 10 decibelios
corresponde a una energa cuntas veces mayor que una intensidad de
cero decibelios; una intensidad de 20 dB representa una energa
cuntas veces mayor que la que corresponde a 0 decibelios.
C O N S U L T E Y R E S U E L V A
8.TRABAJO INDIVIDUAL
Resuelva los siguientes problemas:a)Demostrar que si se duplica
la intensidad de un sonido, el nivel de sensacin sonora aumenta en
3,0 decibelios.b)Una profesora cuando da clase produce un sonido
con una intensidad de 500 veces mayor que cuando susurra. Cul es la
diferencia de niveles en decibelios?c)Una fuente sonora produce una
potencia acstica de 5 x 10-3 W. Cul es la intensidad de este sonido
a una distancia de 6 m?d)Un sonido tiene una intensidad de
10-5W/m2Cul es su nivel de intensidad en decibeles? Este nivel es
perjudicial para el odo humano? Si o no y por qu?e)Cul es el mayor
nivel de intensidad sonora en decibelios correspondiente a dos
ondas de intensidad 10-8W/m2y de 10-6W/m2?f)Calcule la intensidad
del sonido generada por una fuente puntual de sonido de 2 w en un
punto situado a 5 m de ella.g)Un sonido tiene una intensidad de 2 x
106 w/m2. Cul es su nivel de intensidad en dB?h)La intensidad de un
sonido es el doble de la intensidad mnima del sonido audible por el
hombre. Cul es su nivel de intensidad?i)Qu distancia mnima debe
alejarse una persona de una fuente sonora puntual de potencia
acstica 6 x 10-3W, para no orla?j)Una fuente puntual produce una
potencia de 4 x 10-2W. Cul es la intensidad del sonido a una
distancia de 20 m? El nivel de intensidad correspondiente es
audible por el odo humano?
9.TRABAJO EXTRACLASE COLECTIVO
En grupos de trabajo prepare y exponga ante el grupo, alguno de
los siguientes fenmenos acsticos que se relacionan a
continuacin:a)Efecto Doppler.b)Absorcin y Transmisin.c)Reflexin y
Refraccin.d)Difraccin y Radiacin.e)Eco y Reverberacin.f)Ley de
Snell.g)Ondas transversales y perpendiculares.h)Proceso de
produccin y recepcin fisiolgica del sonido.
A continuacin encontrar una afirmacin y 4 posibles soluciones.
Seales con una x la opcin que crea que es la correcta:
1. Recibe el nombre de movimiento ondulatorio:a)La lnea ondulada
que se obtiene al agitar una cuerda.b)Cualquier movimiento que
produzca ondulaciones en la superficie del agua.c)Una perturbacin
que se propaga. xd)Aquellas que pueden ser captadas por una
antena.
2. La diferencia entre un pulso y una onda continua radica en
que:a)La onda continua se desplaza a mayor velocidad que el
pulso.b)El pulso tiene un periodo mayor que el de la onda
continua.c)El pulso tiene principio y fin mientras que la onda
continua no. xd)La onda continua viaja siempre en lnea recta. El
pulso puede cambiar de direccin.
3. Una onda transversal es:a)Aquella en que la direccin de
perturbacin y la de propagacin son iguales.b)Aquella que atraviesa
de forma transversal el medio.c)El sonido.d)Aquella en que la
direccin de perturbacin y de propagacin son perpendiculares. X
4. Cuando una onda se propaga en un medio material:a)Atraviesa
ste sin que sin que sus partculas sufran alteracin alguna.b)Hace
que las partculas del medio oscilen. xc)Provoca un movimiento
uniformemente acelerado en sus partculas.d)Las partculas del medio
se mueven con velocidad constante.
5. Se define la longitud de onda como:a)La distancia que separa
dos ondas consecutivas.b)La distancia que existe entre el eje x y
su punto ms alto (cresta).c)La distancia mnima entre dos puntos que
oscilan en fase. xd)La distancia entre el principio y el final de
la onda.
6. Se define la amplitud de la onda como:a)La distancia que
separa dos ondas consecutivas.b)La distancia que existe entre el
eje x y su punto ms bajo (valle).c)La distancia mnima entre dos
puntos que oscilan en fase. Xd)La distancia entre el principio y el
final de la onda.
7. Indique cul de la siguientes afirmaciones es verdadera:a)El
periodo de una onda es de 5 s. xb)El periodo de una onda es de 5
m.c)El periodo de una onda es de 5 Hz.d)El periodo de una onda es
directamente proporcional a la velocidad.8. Indique cul de las
siguientes afirmaciones es falsa:a)La acstica es la parte de la
fsica que estudia el sonido.b)La propagacin del sonido en el aire
depende de la temperatura.c)El odo humano puede detectar sonidos
con frecuencias entre los 20 y 20.000 Hz.d)El sonido se propaga en
el vaco.
9. Para que la sonoridad se duplique es necesario que:a)La
longitud de onda aumente 10 m.b)El periodo aumente 10 s.c)La
intensidad aumente en 10 dB.d)La frecuencia aumente 10 Hz.
10.La velocidad de propagacin de una onda no depende de:a)Las
caractersticas del medio.b)La frecuencia.c)Naturaleza de la
onda.d)Ninguna de las anteriores.
Responda las preguntas 11 a 15 de acuerdo al siguiente
esquema:
4m
2m
X (m)
11. La longitud de onda es:a)1 m.b)0.4 m.c)4 m.d)0.2 m.
12. La amplitud es:a)2 m.b)4 m.c)1 m.d)0.5 m.
13. El periodo es:a)0.2 s.b)2 s.c)0.4 s.d)4 s.
14. La frecuencia es:a)0.2 Hz.b)0.4 Hz.c)4 Hz.d)5 Hz.
15. La velocidad de propagacin es:a)1 m/s.b)2 m/s.c)3m/s.d)4
m/s.
PROFUNDIZACIN
LA FUNCIN DE ONDA: a partir de la funcin de onda es posible
describir la forma de una onda en cualquier instante. Esta funcin
depende de la posicin de cada punto, del medio de propagacin y del
tiempo. Tenemos entonces que la funcin de onda nos indica la
distancia y, de cada punto del medio a la posicin de equilibrio en
cada instante t, o sea que y = f(x, t). t=0
Analicemos la grfica para el instante t = 0:
y = A Cos ty = A Cos2t=A Cos2x,para x = v . t,= v . T T
d
2 /
Al trminose le conoce como nmero deonda (k) y no se debe
confundir con la constante de elasticidad de un resorte.
La funcin de onda en t=0 se puede escribir como.y = A Cos (k .
x)
Si la onda se desplaza una distanciad:y = A Cos [k . (x
d)]Debido a que la onda se desplaza una distanciad =v . t:y = A cos
[k . (x v . t)]
Luego:y = A Cos [2/. (x v . t) ],y tambin:y = A Cos [2x/ -
2vt/]Comov = /T, tenemos quev/ = 1/T.y = A Cos [k . x . t]
Por lo tanto:y = A Cos [2x/ - 2t/T],por lo que
y = A Cos [k . x . t]
Ejemplo:En el extremo libre ubicado a la izquierda de una cuerda
horizontal, tensa y muy larga, se produce un M.A.S. perpendicular a
la direccin de la cuerda de amplitud 0.02 m y frecuencia de 8 Hz.
Si en el instante t = 0, la perturbacin se propaga a lo largo de la
cuerda con velocidad de 20 m/s, calcular:a) La amplitud, la
frecuencia, el periodo y la longitud de onda.b) La ecuacin de la
onda.Solucin:a) Como la onda se genera a partir de un M.A.S. la
amplitud y la frecuencia son las mismas. Por lo tanto,A = 0.02 m y
f = 8 Hz.El periodo es T = 1/f = 1/8 s-1 T = 2.5 s.
A partir de: = v/f = 20 ms-1/8 s-1= 2.5 m
b) Para determinar la funcin de la onda, encontramos los valores
de k y de , as:k = 2/= 2/2.5 m k = 2.51 m-1
= 2/T = 2/0.125 s = 50.3 s-1.
y = 0,02 . Cos (2,51 . x 50,3 . t) Por lo tanto, la funcin de la
onda es:
y = 0,02. Cos (2,51. x 50,3 . t)
AUTO EVALUACIN
Estudiante:_______________________________ Fecha:
_____________
Responda las siguientes preguntas de acuerdo a tu opinin
personal.
1. Mi desempeo durante este periodo en el rea de Fsica fue
de:
a. Superiorb. Altoc. Bsicod. Bajo
Justifique tu
respuesta:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Los temas que ms me agradaron
fueron:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. El tema que me causo mayor dificultad
fue:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________