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CLASE 02. Documento 3
Qué es el sonido.
Los fenómenos sonoros están
relacionados con las vibraciones de los cuerpos materiales.
Siempre que escuchamos un sonido, hay un cuerpo
material que vibra y produce este fenómeno. Por ejemplo,
cuando una persona habla, el sonido que emite es
producido por las vibraciones de sus cuerdas vocales;
cuando tocamos un tambor, un pedazo de madera o uno de
metal, estos cuerpos vibran y emiten sonidos; las cuerdas
de un piano o un violín también son sonoras cuando se
encuentran en vibración, etcétera.
Todos estos cuerpos son fuentes de sonido (o sonoras),
que al vibrar producen ondas que se propagan en el
medio material (sólido, líquido o gaseoso) situado entre
ellas y nuestro oído.
Al penetrar en el órgano auditivo, dichas ondas
producen vibraciones que causan las sensaciones
sonoras .Analicemos la situación mostrada en la Figura 1.
Una tira metálica puesta en vibración, provoca en el aire
compresiones y rarefacciones sucesivas que se
propagan en dicho medio, en forma semejante a lo que
sucede en un resorte cuando vibra en dirección longitudinal
(como se mostró anteriormente). Cuando una molécula de
aire situada en P (Fig. 1), es alcanzada por esta onda de
compresiones y rarefacciones, vibrará entre los puntos P1 y
P2, es decir, oscilará en la misma dirección en que se
propaga la onda. Entonces la onda emitida por la placa
vibrante es una onda longitudinal.
Si la lámina vibrase con una frecuencia menor de 20 Hz, o
bien, mayor que 20.000 Hz, se hallaría que al llegar al oído
de una persona, la onda no produciría ninguna sensación
sonora. Para que la persona perciba tal sensación es
necesario que la frecuencia de la onda se encuentre
comprendida entre dichos límites.
En realidad, las
frecuencias audibles no están situadas rigurosamente entre
los 20 y los 20.000 Hz, pues estos límites varían un poco
entre las personas. Llegamos, entonces, a la siguiente
conclusión: el sonido es una onda longitudinal que se
propaga en un medio material (sólido, líquido o
gaseoso), y cuya frecuencia está comprendida,
aproximadamente, entre 20 y 20.000 Hz.
Figura 1
Observemos que el sonido puede propagarse en un medio
material cualquiera: aire, agua, fierro, etc.
Pero,
contrariamente a lo que sucede con la luz, el sonido no se
propaga en el vacío; es decir, una persona no percibirá
sonido alguno si no existe un medio material entre un
cuerpo en vibración y su oído. El estudio del sonido y de
los cuerpos sonoros en general se denomina Acústica.
Una onda longitudinal que se propaga en un medio
material, con una frecuencia inferior a 20 Hz se denomina
infrasonido y si su frecuencia es superior a 20.000 Hz,
recibe el nombre de ultrasonido. Como vimos, estas
ondas no provocan sensación auditiva alguna cuando
llegan al oído de las personas. Pero sabemos que algunos
animales sí son capaces de percibir los ultrasonidos.
Experimentos recientes demuestran que un perro, por
ejemplo, es capaz de percibir ultrasonidos cuyas
frecuencias alcanzan hasta los 50.000 Hz. A ello se debe
que algunos perros amaestrados escuchen los ultrasonidos
(producidos por silbatos especiales) que una persona no
puede percibir. También se sabe que los murciélagos, aun
cuando son casi ciegos, pueden volar sin chocar con
ningún obstáculo, porque emiten ultrasonidos que luego
captan sus oídos después de ser reflejados por dichos
obstáculos. Las frecuencias ultrasónicas que emite el
murciélago y oye después, pueden llegar hasta los 120.000
Hz. En un dispositivo electroacústico denominado sonar,
los ultrasonidos se emplean para localizar objetos y medir
la distancia hasta ellos, de modo similar a lo que hacen los
murciélagos. Por ejemplo, un cardumen o conjunto de
peces, un submarino, o bien, el fondo del mar, pueden ser
localizados al reflejar los ultrasonidos emitidos por el equipo
de sonar de un barco
Intensidad del sonido. Cuando un radio receptor funciona
a todo "volumen", decimos que el sonido que emite es un
sonido de gran intensidad (o bien, como se dice
vulgarmente, es un sonido "fuerte"). Por otra parte, el tictac
de un reloj es un sonido de pequeña intensidad (o bien, un
"sonido débil", en el lenguaje cotidiano).
La intensidad es una propiedad del sonido que se
relaciona con la energía de vibración de la fuente que emite
la onda sonora. Al propagarse, esta onda transporta
energía, distribuyéndola en todas direcciones. Cuanto
mayor sea la cantidad de energía (por unidad de tiempo)
que una onda sónica transporta hasta nuestro oído, tanto
mayor será la intensidad del sonido que percibiremos.
Sabemos que la cantidad de energía transportada por una
onda es tanto mayor cuanto mayor sea la amplitud de la
misma. Podemos entonces concluir que La intensidad de
un sonido es mayor, cuando así lo es la amplitud de la
onda sonora.
La intensidad del sonido se mide en una unidad
denominada bel (en homenaje a Alexander Graham Bell).
En la práctica, un submúltiplo de esta unidad es lo que más
se usa: decibel (dB) = 0.1 Bel. A manera de ilustración, en
la Tabla 1 presentamos la intensidad de algunos sonidos
expresada en decibeles; los sonidos de gran intensidad
generalmente son desagradables al oído humano, y como
muestra la Tabla 1, cuando alcanzan una intensidad
cercana a 140 dB, comienzan a producir sensaciones de
dolor
TABLA 1
Hojas de árbol movidas por la brisa
Radio o televisión, a bajo volumen
Conversación común
Tráfico urbano intenso
Remachadora o perforadora
Bocina de automóvil
Umbral de la sensación dolorosa
20 dB
40 dB
60 dB
70 dB
100 dB
120 dB
140 dB
Altura del sonido. La altura de un sonido es la cualidad
que nos permite clasificarlo como grave o agudo. De
manera general, los hombres tienen voz grave (voz
"gruesa"), y las mujeres, voz aguda (voz "fina"). En
lenguaje musical se dice que un sonido agudo es alto, y
que uno grave es bajo (observemos que en el lenguaje
cotidiano, los términos "alto" y "bajo" se emplean a veces
con referencia a la intensidad del sonido, lo cual debe
evitarse).
La altura de los sonidos se relaciona con la frecuencia, f
de la onda sonora, de modo que cuanto más agudo sea el
sonido, tanto mayor será su frecuencia. Así pues, podemos
concluir que la frecuencia de la voz masculina, en general
es menor que la frecuencia de la voz femenina (las cuerdas
vocales de los hombres vibran con una frecuencia menor
que las cuerdas vocales de las mujeres). En resumen,
tenemos que:
La altura de un sonido se caracteriza por la frecuencia
de la onda sonora. Un sonido de pequeña frecuencia es
grave (o bajo), y un sonido de gran frecuencia es agudo
(o alto)
Las notas musicales se caracterizan por su altura o
frecuencia; es decir, cuando un instrumento musical emite
notas diferentes, esta emitiendo sonidos de distinta
frecuencia. En un piano, por ejemplo, a cada tecla le
corresponde un sonido de diferente frecuencia. Las teclas
que se hallan a la izquierda del pianista corresponden a las
notas de frecuencia baja (sonidos graves), y las de la
derecha son las notas de frecuencia elevada (sonidos
agudos). Los cantantes de música clásica se clasifican de
acuerdo con la frecuencia de las notas que son capaces de
emitir, y son los bajos (con voz grave, masculina), los
tenores (con voz menos grave, masculina), las sopranos
(con voz aguda, femenina), etc. Las frecuencias de las
notas que estos cantantes son capaces de emitir varían
desde casi 100 Hz (bajos) hasta los 1.200 Hz (sopranos).
Timbre. Si tocamos una cierta nota de un piano, y si la
misma nota (de la misma frecuencia) fuese emitida con la
misma intensidad por un violín, podríamos distinguir una de
la otra; es decir, podemos decir claramente cuál nota fue la
que emitió el piano, y cuál, el violín. Decimos entonces que
estas notas tienen un timbre diferente.
Esto se debe a que 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. Así pues, la onda sonora emitida
tendrá una forma propia, característica del piano. De la
misma manera, la onda emitida por un violín es el resultado
de vibraciones características de este instrumento, y por
ello presenta una forma diferente a la de la onda emitida
por un piano. En la Figura 5 mostramos, en (a), la forma
resultante de una onda sonora cuya frecuencia es 440 Hz,
emitida por un violín, y en (b), la misma nota (de 440 Hz)
emitida por un piano. Entonces los sonidos de igual
frecuencia, pero de timbre diferente, corresponden a ondas
sonoras cuya forma es distinta. Por tanto, podemos
expresar que
Nuestro oído es capaz de distinguir dos sonidos de la
misma frecuencia e intensidad, dado que la forma de
las ondas sonoras correspondientes a ellos son
distintas. Decimos que ambos sonidos tienen diferente
timbre
PROBLEMAS
1. el oído humano es capaz de diferenciar dos sonidos cuando
llegan desfasados por un tiempo mínimo de 0,1 segundo. Si la
rapidez con se propaga el sonido el aire es de 340 m/s. ¿cuál
es la distancia mínima a la que debe ubicarse una persona de
una muralla para que escuche el eco de su voz?
A) 3400
B) 340
C)17
D) 34
E) 170
m
m
m
m
m
2. una persona normal puede oír sonidos comprendidos
entre 20 y 20000 Hz de frecuencia. Si se considera que la
velocidad del sonido es de 340 m/s, en que intervalos se
encuentran las longitudes de onda de los sonidos que oye.
A)
B)
C)
D)
E)
17 m y 0,017 m
1,7 m y 0,17 m
0,17 m y 0,17 m
170 m y 1,7 m
1700 m y 1,7 m
3. la radio San Bernardo emite un programa de entrevistas.
Usted sintoniza la radioemisora y disfruta de su programa
favorito.
La onda que usted percibe gracias a su oído corresponde a
A)
B)
C)
D)
E)
una onda electromagnética
una onda mecánica transversal
una onda mecánica longitudinal
un ultrasonido
una onda estacionaria