COMO ACTUAN UNAS ONDAS LONGITUDINALES DE SONIDO.doc
Enviado por steven silvestre acosta • 27 de Noviembre de 2017 • Prácticas o problemas • 3.261 Palabras (14 Páginas) • 314 Visitas
4: SONIDO
4.1 INTRODUCCIÓN
El sonido forma parte del tipo de ondas mecánicas y longitudinales. A medida que las perturbaciones viajan a través del aire llegan al oído e inciden sobre la membrana timpánica haciéndola vibrar de acuerdo a las fases alternadas de condensación y rarefacción (variaciones de presión en el medio). El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que producen oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro.
4.2 ONDAS DE SONIDO
En la onda de sonido, las moléculas del medio ejecutan un movimiento oscilatorio en la misma dirección en que se propaga la onda, ver figura 4.1.
Las amplitudes de estas oscilaciones son muy pequeñas. Para el aire por ejemplo tiene un valor de 1,1×10–5 m, para un tono de 1000 Hz, a la potencia de 1 W/m2.
[pic 1]
Para una onda de sonido que viaja a la derecha del eje X, la ecuación de onda acústica está definida por la función:
ξ = ξo Sen (Kx-ωt) (4.1)
En la Figura 4.2 muestra una onda sonora y su correspondiente distribución de presión durante la propagación, donde las zonas oscuras representan a las etapas de compresión y las zonas claras a las etapas de rarefacción. Por ejemplo las moléculas de un gas, al paso de una onda sonora no se mueven globalmente en una sola dirección, pero oscilan alrededor de una posición promedio. Nótese que las zonas de compresión corresponden indefectiblemente a la parte de la onda con máxima amplitud positiva y las zonas de rarefacción a la parte de la onda con máxima amplitud negativa.
[pic 2]
La onda acústica de sonido es más conveniente definirla en función de la distribución de presión a lo largo de la dirección de propagación, así:
P = Po Sen(Kx-ωt) (4.2)
4.3 VELOCIDAD DEL SONIDO
El valor de la velocidad del sonido aumenta con la temperatura y con la altitud. A continuación se muestra una tabla que contiene valores de la velocidad del sonido en algunos medios conocidos.
SUSTANCIA | VELOCIDAD DEL SONIDO (m/s) |
Aire (20 ºC) | 343,6 |
Agua dulce (20 ºC) | 1 484 |
Cobre (20 ºC) | 3 580 |
Acero (20 ºC) | 5 050 |
Vidrio (20 ºC) | 5 200 |
La velocidad del sonido varía con las propiedades del medio donde se propaga.
En sólidos:
[pic 3], (4.3)
Donde,
Y, es el módulo de Young del material.
En Líquidos:
[pic 4], (4.4)
Donde,
B, es el módulo de compresibilidad del líquido.
En gases:
[pic 5], (4.5)
Donde,
γ, es el coeficiente (adimensional) adiabático del gas, y p, es la presión del gas.
En éstas relaciones, Y, B y p, están asociadas a las propiedades elásticas del medio y se expresan en N/m2 ó Pa. Así, si la densidad del material, ρ, se expresa en Kg/ m3, las unidades de la velocidad del sonido serán m/s.
En el aire, la velocidad del sonido también varía con la temperatura según la relación:
V = (331 + 0,6 C) m/s, (4.6)
Donde, C, es la temperatura del aire expresada en grados Celsius.
4.4 INTENSIDAD DEL SONIDO
En general, la intensidad del sonido está correlacionada con la amplitud de la onda sonora y su tono con la frecuencia o número de ondas por unidad de tiempo. Mientras mayor es la amplitud, más intenso el sonido y mientras mayor es la frecuencia, más alto es el tono. Sin embargo, además de la frecuencia, el tono está determinado por otros factores aun no comprendidos plenamente.
La intensidad del sonido es la energía que atraviesa la unidad de área en la unidad de tiempo. Experimentalmente se determina midiendo la energía del sonido que incide sobre la superficie de un detector (puede ser un micrófono) en un determinado tiempo, luego.
[pic 6] (4.7)
Donde, P = E/t , es la potencia del sonido y se expresa en Watt. Por tanto las unidades de la Intensidad del sonido son Watt/ m2.
Si la fuente de sonido puede ser considerada una fuente puntual, el sonido al propagarse en todas direcciones atraviesa superficies esféricas centradas en la fuente, ver fig.4.3.[pic 7]
Si la potencia de la fuente permanece constante, entonces la intensidad del sonido a una distancia “r” de la fuente será:
[pic 8], (4.8)
Donde, A = 4πr2, es el área de la superficie esférica a la distancia “r”.
Si comparamos la intensidad del sonido a distancias diferentes, r1 y r2 de la fuente, obtenemos:
[pic 9]
[pic 10] (4.9)
4.5 ESCALA DECIBÉLICA
Los niveles de intensidad del sonido varían en un amplio rango para la audición. Así la intensidad más débil de sonido que puede percibir el oído humano o umbral de audición es 10-12 W/m2, esto equivale a percibir el susurro de las hojas, mientras que la intensidad más fuerte que se puede escuchar, sin causar daño al oído, o umbral del dolor es 1 W/m2.
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