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Física 1° medio
Vibraciones y sonido
Pese a que el sonido puede definirse de diversas formas, su concepción más básica, se relaciona con su capacidad de estimular nuestra percepción auditiva. En otras palabras, aunque suene obvio, sonido es lo que escuchamos, es decir, aquellas perturbaciones y/o estímulos que activan nuestros tímpanos haciéndonos oír.
De una u otra forma, todos los sonidos seoriginan en la vibración de un cuerpo o porción de sustancia (sólido, líquido o gas) que vibra y transmite esta vibración al medio que le rodea o a los objetos con los que están haciendo contacto. Por ejemplo, si golpeamos la superficie de una mesa, esta vibrará y trasmitirá dicha vibración al aire y al suelo. Las vibraciones que se transmiten por el aire hacen estimulan nuestros tímpanos, losque trasmiten el movimiento a la cadena de huesecillos, etc., produciendo finalmente la sensación sonora. No obstante, tal como señalaremos más adelante, no todas las vibraciones son capaces de producir sonidos.
Habitualmente, al estudiar el sonido clasificamos los objetos que vibran en: cuerdas, láminas y cavidades, aun cuando muchas veces los sonidos que escuchamos provienen simultáneamente deestas tres fuentes. Así ocurre en una guitarra acústica, un violín y en un piano.
Desde el punto de vista físico, un sonido tiene tres características que permiten identificarlos y diferenciarlos de otros, dichas características se denominan cualidades del sonido, y corresponden a la altura, la intensidad y el timbre. La altura corresponde físicamente a la frecuencia de la vibración, la intensidadestá asociada a la amplitud de la vibración y el timbre a la forma de la vibración.
¿Qué significa cada uno de estos términos?
Revisemos primero la idea de frecuencia.
Si cuelgas de un hilo una piedra y la haces oscilar como un péndulo, podrás reconocer fácilmente la frecuencia de la oscilación y su amplitud. La frecuencia corresponde al número de oscilaciones que realiza en la unidad detiempo, esta unidad de tiempo en el sistema internacional de unidades, corresponde al segundo. Por ejemplo, si realiza el péndulo realiza 15 oscilaciones en medio segundo (30 s), su frecuencia será 0,5 oscilaciones por segundo, que resulta de dividir el número total de oscilaciones por el tiempo empleado en producirlas:
[pic]
Dado que la frecuencia puede expresarse en oscilaciones/segundo;ciclos/segundo; vibraciones/segundo, etc. es conveniente uniformar estas expresiones empleando la unidad del sistema internacional, que es el Hertz [Hz], de modo que podemos escribir:
FRECUENCIA= 0,5 [Hz]
Es importante notar que el tiempo que tarda un péndulo en realizar una oscilación completa, es decir, el tiempo que tarda en ir y volver, es lo que denominamos período de la oscilación. Aunque de maneraanáloga a la frecuencia se puede determinar dividiendo el tiempo por el número de oscilaciones producidas, es posible demostrar que si designamos por T al período f a la frecuencia, entonces podemos escribir:
[pic]
Es decir, frecuencia y período de oscilación son magnitudes inversamente proporcionales. Esto, que es muy claro para el caso del péndulo, también es válido para las vibraciones de lascuerdas, láminas y de las partículas del aire.
La nota La, que emite una cuerda de guitarra o un simple diapasón, corresponde a 440 hertz, es decir, 4400 vibraciones en cada segundo. Decíamos anteriormente que no todas las vibraciones producen sonido, debido a que nuestros oídos sólo perciben vibraciones comprendidas entre los 16 hertz y los 20000 Hz (aproximadamente). Evidentemente, este rangovaría de una persona a otra y, en cada persona, suele irse reduciendo con la edad.
Es muy común que en nuestro lenguaje cotidiano, al hablar de altura o tono de un sonido, confundamos algunos términos o bien al referirnos a esta cualidad, lo hagamos de manea errónea. Por ejemplo, ¿te has fijado que en ocasiones, cuando hablamos con voz fuerte o potente, nos dice que “bajemos el tono”? o bien…...
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