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TEMA 3

EL

SONIDO

EL SONIDO

1. ONDAS SONORAS
La vibración de las cuerdas de una guitarra, la de una campana, un timbre eléctrico, una copa de cristal o la de nuestras cuerdas vocales mueve las capas de aire del entorno. Estas vibraciones de los cuerpos se transmiten mediante un movimiento ondulatorio.

Si la vibración llega a través del aire a nuestro oído, provoca en el tímpanovibraciones que son transmitidas al oído interno y, de allí, al cerebro, produciendo una sensación que llamamos sonido.

[pic] El sonido es una vibración o perturbación mecánica de algún cuerpo que se propaga en forma de ondas a través de cualquier medio material elástico.

La onda mediante la cual se propaga el sonido a través de un medio material elástico se denomina onda sonora. Ésta secaracteriza por tener una frecuencia dentro del intervalo de percepción del oído humano normal de 20 Hz a 20000 Hz.
Ejemplos de onda sonora son las generadas por las cuerdas vocales, por los instrumentos de música...

Sin embargo, no todas las ondas son audibles para el oído humano:
- Las ondas infrasónicas, cuyas frecuencias están por debajo del intervalo audible (frecuencias inferiores a 20Hz). Son las generadas, por ejemplo, por los temblores de tierra.
- Las ondas ultrasónicas, cuyas frecuencias están por encima del intervalo audible (frecuencias superiores a 20000 Hz). Son las generadas, por ejemplo, al inducir vibraciones en un cristal de cuarzo con un campo eléctrico alterno.
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1.1 Mecanismo de formación de las ondas sonoras
Las ondas sonoras son el ejemplo más importantede ondas longitudinales. Consisten en sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación, producidas por un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda, el medio experimenta variaciones periódicas de presión.
La figura muestra el mecanismo de formación y propagación de las ondas sonoras unidimensionales, mediante un émbolo vibratorio situado en un extremo de un cilindroestrecho de longitud indefinida que contiene un gas.

Al empujar el émbolo hacia la derecha, el gas se comprime en la región más próxima a éste aumentando la presión y la densidad del gas. Se forma un pulso de compresión que viaja hacia la derecha.

Al empujar el émbolo hacia la izquierda, el gas próximo a éste se expansiona disminuyendo su presión y su densidad; se produce un pulso de enrarecimientoque se propaga por el cilindro.

Al hacer oscilar el émbolo rápida y periódicamente, viaja por el cilindro un tren de compresiones y enrarecimientos; la onda longitudinal se propaga por el tubo, siendo A la distancia entre dos compresiones o dos enrarecimientos sucesivos
La gráfica muestra el desplazamiento, respecto a la posición de equilibrio, de cada pequeño elemento de volumen del gas delcilindro al paso de una onda.

Cualquier elemento de volumen oscila con movimiento armónico, desplazándose paralelamente a la dirección de propagación de la onda, el eje OX. Este desplazamiento, s, varía sinusoidalmente a lo largo del eje OX.

[pic] Llamamos amplitud de desplazamiento, Smax, al máximo desplazamiento de un pequeño elemento de volumen del medio respecto a su posición deequilibrio.

Los desplazamientos de las partículas del gas dan lugar a una variación de la presión a lo largo del eje OX. Esta variación se produce también sinusoidalmente aunque con un desfase de (/2 rad respecto a la gráfica anterior.

[pic] Llamamos amplitud de presión, (Pmax, al cambio máximo de la presión a partir de su valor en el equilibrio.

Como se ve al comparar ambas gráficas:- (P es máxima cuando el desplazamiento es cero.
- (P es nula cuando el desplazamiento es máximo.

[pic] La onda sonora puede considerarse como una onda de desplazamiento o como una onda de presión.

1.2 Velocidad de las ondas sonoras
La velocidad de las ondas sonoras es independiente de la fuente sonora, pero depende de la naturaleza del medio de propagación.

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