El sonido

El sonido son ondas que se producen por vibraciones y que llegan al oido humano a traves del oido.

Los fenómenos sonoros están relacionados con las vibraciones de los cuerpos materiales. Siempre que se escucha un sonido, hay un cuerpo material que vibra y produce este fenómeno. Esto se puede entender mejor al recordar que una persona habla al emitir un sonido producido por las vibraciones de sus cuerdas vocales; que al tocar un tambor, un pedazo de madera o uno de metal vibra y emite sonidos; que las cuerdas de un piano o un violín son sonoras porque se encuentran en vibración, etc.

Todos los cuerpos que se mencionaron anteriormente, son fuentes de sonido, que al vibrar, producen ondas que se propagan en un medio material (sólido, líquido o gaseoso), situado entre ellas y el oído.

Al penetrar en el oído las ondas sonoras, producen vibraciones que causan la sensación de sonido.

Para que una persona perciba sensaciones sonoras o auditivas es necesario que la frecuencia de la onda esté entre los 20 Hertz y 20.000 Hertz, variando en algunas personas.

Cualidades del sonido

Los sonidos son diferentes unos de otros, pueden ser apagados o ruidosos, agudos, graves, agradables o molestos. Las cualidades que caracterizan el sonido son su intensidad, su altura o tono y su timbre.

Intensidad

Si hacemos vibrar la cuerda de una guitarra percibimos un sonido, pero si hacemos vibrar la misma cuerda con mayor fuerza, percibimos el mismo sonido con mayor intensidad; lo mismo ocurre al golpear una campana, mientras mayor es la fuerza que aplicamos, más intenso es el sonido. Cuando elevamos el volumen de la radio o del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.

La intensidad de un sonido depende de la magnitud de las vibraciones del cuerpo que las produce, y cuando hablamos de magnitud de la vibración, nos referimos a su amplitud.

a mayor amplitud, sonido más intenso.



Altura

Si ahora hacemos sonar las diferentes cuerdas de una guitarra con igual intensidad, notaremos que los sonidos son diferentes, unos más agudos y otros más bajos. Entonces se dice que tienen diferentes alturas o tono.

La altura de un sonido depende del número de oscilaciones por segundo (frecuencia) del cuerpo en vibración. A medida que aumenta la vibración de un cuerpo, mayor es la frecuencia.

a mayor frecuencia, sonido más alto (más agudo)



Timbre

Una misma nota musical producida con la misma intensidad y altura por un piano y un violín no suenan igual, esto se debe a la cualidad llamada timbre.

El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y altura.

Casi nunca se puede producir un sonido puro, siempre se producen otros que lo acompañan. Algunos de estos se llaman armónicos. El timbre depende de los sonidos armónicos que acompañan al principal.

Por ejemplo, la nota emitida por un piano es el resultado de la vibración no únicamente de la cuerda accionada, sino también de algunas otras partes del piano (madera, columnas de aire, otras cuerdas, etc.) las cuales vibran junto con ella y le da su sonido característico, y es por eso que suena distinto a un violín u otro instrumento que toque la misma nota.

Reflexión y Absorción



Cuando cantamos en el baño, podemos notar que nuestra voz es más sonora y potente. Esto se debe a que las ondas sonoras se reflejan en las paredes duras del cuarto de baño; es decir, el sonido rebota como lo hace una pelota en una pared.

El eco es la repetición de un sonido causada por su reflexión, y dependerá de la distancia desde el lugar de origen del sonido y la superficie en que se reflejará. El sonar de los submarinos se basa en la reflexión de los sonidos propagados en agua.

Pero los sonidos no siempre se reflejan, las superficies blandas absorben las ondas sonoras. Si el sonido choca sobre una superficie blanda, como una almohada, resultan absorbidos y no rebotan.

Por ejemplo en una casa, la alfombra, los sillones, las cortinas, etc., absorben la energía sonora e impiden que el sonido se refleje.

La propiedad de ciertas sustancias y materiales a prueba de sonido es aprovechada en algunos recintos, como teatros y cines, para mejorar la acústica; es decir, la forma en que el sonido se refleja en su interior.

En los espacios cerrados, como las salas, el sonido una vez generado se refleja sucesivas veces en las paredes, dando lugar a una prolongación por algunos instantes del sonido original. Este fenómeno se denomina reverberación y empeora las condiciones acústicas de una sala, puesto que hace que los sonidos anteriores se entremezclen con los posteriores. Su eliminación se logra recubriendo las paredes de materiales, como corcho o moqueta, que absorben las ondas sonoras e impiden la reflexión.
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Las únicas ondas que pueden propagarse en el vacío son las ondas electromagnéticas.

El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material.

Un cuerpo al vibrar imprime un movimiento de vaivén (oscilación) a las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire se eleve y descienda alternativamente. Estos cambios de presión se trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la onda en que la presión aumenta (las moléculas se juntan) se llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye (las moléculas se alejan) se llaman enrarecimientos.

Según la dirección de propagación, clasificamos las ondas en dos tipos:

Ondas Longitudinales:

Es cuando la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio, de este tipo son las ondas sonoras. Un resorte que se comprime y estira también da lugar a una onda longitudinal.



El sonido se trasmite en el aire mediante ondas longitudinales

Ondas Transversales:

Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Las ondas transversales se caracterizan por tener montes y valles. Por ejemplo, las ondas que se forman sobre la superficie del agua al arrojar una piedra o como en el caso de una onda que se propaga a lo largo de una cuerda tensa a la que se le sacude por uno de sus extremos.




Longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. En las ondas transversales la longitud de onda corresponde a la distancia entre dos montes o valles, y en las ondas longitudinales a la distancia entre dos compresiones contiguas. Tomaremos como ejemplo ilustrativo una onda transversal.



La frecuencia (f) corresponde al numero de oscilaciones (vibraciones) que efectúa cualquier punto de la onda en un segundo. La velocidad de propagación de una onda relaciona estas dos magnitudes.

La velocidad de propagación (v) es igual al producto de la frecuencia por la longitud de onda.



y nos indica que la longitud de onda l y la frecuencia f son dos magnitudes inversamente proporcionales, es decir que cuanto mayor es una tanto menor es la otra.

Ejemplo:

Calcular la longitud de onda de una nota con una frecuencia de 261 Hz.

Considerando que la velocidad de propagación del sonido en el aire a 15°C es de 340 m/seg, entonces se tiene,

v = 340 m/seg ; f =261 Hz ; por lo tanto la longitud de onda es,




Ver: PSU: Física, Pregunta 03_2005Física

El efecto Doppler

Cuando una fuente de sonido se acerca o aleja de un observador, el tono del sonido percibido varía. Este fenómeno se conoce como efecto Doppler y fue explicado por primera vez en 1842 por el físico austriaco Christian Doppler (1803-1853).

Tomemos por ejemplo la sirena de una ambulancia. Cuando se acerca, las ondas sonoras que se propagan hacia delante están más apretadas, y llegan a nuestros oídos con más frecuencia y la sirena tiene un tono más agudo. Cuando se aleja, las ondas que se propagan hacia atrás están mas separadas, de frecuencia más baja y el sonido es más grave. Cuanto mayor es la velocidad de la fuente de sonido mayor es el cambio de frecuencia.







Es propiedad: www.profesorenlinea.cl