Doppler

Capítulo 22B: Acústica
Presentación PowerPoint de
Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State
University
© 2007

Objetivos: Después de

completar este módulo deberá:
• Calcular la intensidad y los niveles
de intensidad de sonidos y
correlacionar con la distancia a
una fuente.
• Aplicar el efecto Doppler
para predecir cambios
aparentes en frecuencia
debidos a velocidadesrelativas de una fuente y
un escucha.

Definición de acústica
La
La acústica
acústica es
es la
la rama
rama de
de la
la ciencia
ciencia que
que trata
trata con
con
los
los aspectos
aspectos fisiológicos
fisiológicos del
del sonido.
sonido. Por
Por ejemplo,
ejemplo,
en
en un
un teatro
teatro oo habitación,
habitación, un
un ingeniero
ingeniero se
se preocupa
preocupa
por
por cuán
cuán claramenteclaramente se
se pueden
pueden escuchar
escuchar oo transmitir
transmitir
los
los sonidos.
sonidos.

Ondas sonoras audible
A veces es útil reducir la clasificación del sonido
a aquellos que son audibles (los que se pueden
escuchar). Se usan las siguientes definiciones:
• Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
• Infrasónico: Frecuencias bajo el rango audible.
• Ultrasónico: Frecuencias arriba delrango audible.

Comparación de efectos
sensoriales con mediciones
físicas
Efectos sensoriales

Propiedad física

Sonoridad

Intensidad

Tono

Frecuencia
Forma de
onda

Calidad

Las propiedades físicas son mensurables y repetibles.

Intensidad sonora
(sonoridad)

La
La intensidad
intensidad sonora
sonora es
es la
la potencia
potencia
transferida
transferida por
por una
una onda
onda sonorasonora por
por
unidad
unidad de
deárea
áreanormal
normal aala
ladirección
dirección de
de
propagación
propagación de
de la
la onda.
onda.

P
I
A
Unidades: W/m2

Fuente isotrópica de
sonido
Una fuente isotrópica
propaga el sonido en ondas
esféricas crecientes, como
se muestra. La intensidad I
está dada por:





P
P
I 
2
A 4 r
La
La intensidad
intensidad II diminuye
diminuye con
con el
elcuadrado
cuadrado de
de la
la
distancia
distancia rr desde
desde la
la fuente
fuente isotrópica
isotrópica de
de sonido.
sonido.

Comparación de intensidades
sonoras
La
La relación
relación de
de cuadrado
cuadrado inverso
inverso significa
significa que
que un
un sonido
sonido
que
que está
está elel doble
doble de
de lejos
lejos es
es un
un cuarto
cuarto de
de intenso,
intenso, yy elel que
que
estáestátres
tresveces
vecesmás
máslejos
lejostiene
tieneun
unnoveno
novenode
deintensidad.
intensidad.

I1
r1
r2
I2
Potencia constante P

P
I1 
4 r12

P
I2 
4 r22

P  4 r12 I1  4 r22 I 2
2
1 1

2
2 2

I r I r

Ejemplo 1: Un claxon pita con potencia
constante. Un niño a 8 m de distancia
escucha un sonido de 0.600 W/m2 de
intensidad. ¿Cuál es la intensidad que
escucha su madre a 20 m dedistancia?
Dado:esI1la
= 0.60
W/m2; de
r1 =la
8 m,
r2 = 20 m
¿Cuál
potencia
fuente?
2
11

2
2 2

I r I r

or

 r1 
Ir
I2 
I1  
r
 r2 

 8m 
I 2 0.60 W/m 

 20 m 
2

2
11
2
2

2

2

22
II22 == 0.096
W/m
0.096 W/m

Ejemplo 1 (Cont.) ¿Cuál es la potencia de la
fuente? Suponga propagación isotrópica.
Dado: I1 = 0.60 W/m2;
r1 = 8 m
I2 = 0.0960 W/m2 ; r2 = 20 m

P
2
2
2
I1 
or
P

4

r
I

4
(8
m)
(0.600
W/m
)
1 1
2
4 r1

PP == 482,5
482,5 W
W
El mismo resultado se encuentra de:

2
2 2

P 4 r I

Rango de intensidades
El umbral auditivo es el mínimo estándar de
intensidad para sonido audible. Su valor I0 es:
Umbral auditivo: I0 = 1 x 10-12 W/m2
El umbral de dolor es la intensidad máxima Ip que
el oído promedio puede registrar sin sentir dolor.
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2

Nivelde intensidad
(decibeles)

Debido al amplio rango de intensidades sonoras
(de 1 x 10-12 W/m2 a 1 W/m2), se define una escala
logarítmica como el nivel de intensidad en
decibeles:
Nivel de
intensidad

I
 10 log
I0

decibeles (dB)

donde  es el nivel de intensidad de un
sonido cuya intensidad es I e I0 = 1 x 10-12
W/m2.

Ejemplo 2: Encuentre el nivel de
intensidad de un sonido cuya
intensidad...