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e todas las ondas mecánicas que se dan en la naturaleza, las más importantes
en nuestra vida diaria son las ondas longitudinales en un medio, usualmente
aire, llamadas ondas sonoras. La razón es que el oído humano es muy sensible
y puede detectar ondas sonoras incluso de muy baja intensidad. Además de su uso
en la comunicación verbal, nuestros oídos nos permiten captar una multitud deindicios
acerca de nuestro entorno, desde el grato sonido de la preparación de alimentos,
hasta el sonido de advertencia de un vehículo que se acerca. La capacidad para escuchar
a un depredador nocturno fue fundamental para la supervivencia de nuestros
antepasados, así que no es exagerado decir que los seres humanos debemos la existencia
a nuestro sentido del oído altamente evolucionado.
Hastaahora, hemos descrito las ondas mecánicas primordialmente en términos de
desplazamiento; no obstante, por lo general resulta más adecuado describir las ondas
sonoras en términos de fluctuaciones de presión, sobre todo porque el oído es sensible
principalmente a cambios de presión. Examinaremos las relaciones entre desplazamiento,
fluctuación de presión e intensidad, así como los vínculos entreestas cantidades
y la percepción humana del sonido.
Cuando una fuente de sonido o un receptor se mueven en el aire, el receptor podría
oír una frecuencia distinta de la emitida por la fuente. Éste es el efecto Doppler, que
tiene importantes aplicaciones en medicina y la tecnología.
Ondas sonoras
La definición más general del sonido es una onda longitudinal en un medio. Lo que
más nos interesaen este capítulo son las ondas sonoras en aire; aunque el sonido puede
viajar por cualquier gas, líquido o sólido. Quizá el lector conozca bastante la propagación
del sonido a través de un sólido, si los altavoces (las bocinas) del aparato de
sonido del vecino están junto a una pared de su casa.
Las ondas sonoras más sencillas son las senoidales, las cuales tienen la frecuencia,
la amplitud yla longitud de onda completamente especificadas. El oído humano es
sensible a las ondas en el intervalo de frecuencias de 20 a 20,000 Hz, llamada gama
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528 CAPÍTULO 16 Sonido y el oído
audible, pero también usamos el término sonido para ondas similares con frecuencias
mayores (ultrasónicas) y menores (infrasónicas).
Las ondas sonoras suelendispersarse en todas direcciones a partir de la fuente sonido,
con una amplitud que depende de la dirección y la distancia a la fuente. Volveremos
a este punto en la siguiente sección. Por ahora, nos concentraremos en el caso
idealizado de una onda sonora que se propaga sólo en la dirección 1x. Como vimos
en la sección 15.3, dicha onda se describe con una función de onda y(x, t), que da
eldesplazamiento instantáneo y de una partícula en el medio, en la posición x y en el
instante t. Si la onda es senoidal, podemos expresarla usando la ecuación (15.7):
(onda sonora que se propaga
en la dirección 1x) (16.1)
Recuerde que, en una onda longitudinal, los desplazamientos son paralelos a la dirección
en que viaja, así que las distancias x y y se miden paralelas entre sí, no perpendicularmentecomo en las ondas transversales. La amplitud A es el máximo desplazamiento
de una partícula del medio con respecto a su posición de equilibrio (figura 16.1). Por lo
tanto, A también se conoce como amplitud de desplazamiento.
Ondas sonoras como fluctuaciones de presión
Las ondas sonoras también pueden describirse en términos de variaciones de presión
en diversos puntos. En una onda sonorasenoidal en aire, la presión fluctúa por arriba
y por debajo de la presión atmosférica (pa) en forma senoidal con la misma frecuencia
que los movimientos de las partículas de aire. El oído humano funciona detectando
tales variaciones de presión. Una onda sonora que entra en el canal auditivo
ejerce una presión fluctuante sobre un lado del tímpano; el aire del otro lado, comunicado
con el...