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EL SONIDO
CN.F.5.3.5. Explicar el efecto Doppler por medio del
análisis de la variación en la frecuencia o en la
longitud de una onda, cuando la fuente y el
observador se encuentran en movimiento relativo.
Propiedades del Sonido
 Las cuatro cualidades básicas del sonido son la altura, la duración, la intensidad y el timbre o color.
Cualidad
Característica
Rango
Observaciones
Altura o Tono
Frecuencia de
onda
Agudo, medio,
grave
Para que los humanos podamos percatar un sonido, este
debe estar comprendido entre el rango de audición de 20
y 20.000 Hz.
Duración
Tiempo de
vibración
Largo o corto
Es el tiempo durante el cual se mantiene un sonido.
Podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.
Los únicos instrumentos acústicos que pueden mantener los
sonidos el tiempo que quieran, son los de cuerda frotada,
como el violín, y los de viento (utilizando la respiración
circular o continua); pero por lo general, los instrumentos
de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los de
cuerda según el cambio del arco producido por el
ejecutante.
Intensidad
Amplitud de
onda
Fuerte, débil o suave
Los sonidos que percibimos deben superar el umbral
auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (130 dB). Esta
cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se
expresan en decibelios (dB) en honor al científico e
inventor Alexander Graham Bell.
Timbre
Armónicos de
onda o forma
de la onda.
Análogo a la
textura
Depende de las
características de la
fuente emisora del
sonido (por analogía:
áspero,
aterciopelado,
metálico, etc.)
Una misma nota suena distinta si la toca una flauta, un
violín, una trompeta, etc. Cada instrumento tiene un timbre
que lo identifica o lo diferencia de los demás. Con la voz
sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una
mujer, un niño tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá
distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada.
Características del Sonido
 Si la vibración llega a través del aire a nuestro oído, provoca en el tímpano vibraciones que
son transmitidas al oído interno y, de allí, al cerebro, produciendo una sensación que
llamamos sonido.
El sonido es una vibración 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 se caracteriza por tener una frecuencia dentro del intervalo de percepción del oído
humano normal de 20 Hz a 20 000 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 20 Hz). Son las generadas, por ejemplo, por los temblores de tierra.
— Las ondas ultrasónicas, cuyas frecuencias están por encima del intervalo audible (frecuencias
superiores a 20 000 Hz). Son las generadas, por ejemplo, al inducir vibraciones en un cristal de
cuarzo con un campo eléctrico alterno.
Intensidad
 La Intensidad del sonido se relaciona comúnmente con el volumen del sonido.
La Intensidad del sonido es la energía que transporta una onda por unidad de tiempo y de
área, y es proporcional al cuadrado de su amplitud.
 La intensidad del sonido se mide se mide en vatios por metro cuadrado
𝑊
𝑚2
.
 El oído humano puede detectar sonidos de una intensidad tan baja como 10−12
𝑊
a 1 𝑚2, arriba de este límite todo sonido causa dolor.
𝑊
𝑚2
y tan alta
Nivel de intensidad y decibeles
 El umbral mínimo de audición se da cuando el oído sano no percibe los
sonidos porque están por debajo de una intensidad mínima. Si un sonido
determinado llega a la intensidad máxima que puede captar el oído sin sentir
dolor, se reconoce el umbral superior de audición o umbral de dolor.
 El nivel de intensidad sonora se expresa en decibeles (dB), que es una
unidad relacionada con la capacidad de oír. Así, el nivel mínimo o umbral de
audición corresponde a 0 dB.
 Los sonidos bajo este nivel de intensidad no son perceptibles por el ser
humano.
 El nivel máximo, también llamado umbral de dolor, corresponde a 120 dB y
por encima de él percibes una sensación dolorosa. La siguiente tabla
muestra distintas situaciones, sus niveles de intensidad de sonido y los efectos
que provocan.
Investigación
 En los últimos años, los científicos han estudiado la forma de ayudar a las
personas ciegas por medio de la ecolocalización. ¿Cómo se lograra?
 Aplicaciones de las ondas sonoras, escribalos
Efecto Doppler
Seguramente has oído pasar un automóvil a toda
velocidad junto a ti cuando estás parado al borde
de la calle . ¿Qué ocurre con el sonido del motor?
Cuando el automóvil se aproxima, el sonido es
más agudo que cuando se aleja, pero la persona
que viaja en el automóvil siempre oye el mismo
sonido.
El observador percibe la onda irradiada por la
fuente con una frecuencia diferente a la emitida.
Este fenómeno se denomina efecto Doppler, en
honor a su descubridor, el físico y matemático
austriaco Christian Doppler (1803-1850).
Ecuaciones
1. Si
el observador está en reposo y la fuente, que se acerca a él emite una
señal, esta será percibida por el observador con una mayor frecuencia
que la emitida. Entonces, la frecuencia percibida por el observador se
expresa como:
𝑣
𝑓0 =
𝑓𝑓
𝑣 + 𝑣𝑓
Donde:
𝑓0 es la frecuencia que percibe el observador.
𝑣 es la velocidad de la onda.
𝑣𝑓 es la velocidad de la fuente.
𝑓𝑓 es la frecuencia con la que la fuente emite las ondas.
2. Si el observador se encuentra en reposo y la fuente se aleja de él, la señal emitida por la fuente se
percibe con una menor frecuencia, es decir, esta será percibida por el observador con una menor
frecuencia que la emitida, es decir:
𝑣
𝑓0 =
𝑓
𝑣 + 𝑣𝑓 𝑓
3. Si la fuente que emite la señal se encuentra en reposo y el observador se acerca a ella, la
frecuencia de la señal emitida se percibe con mayor intensidad, por tanto:
𝑣 + 𝑣0
𝑓0 =
𝑓𝑓
𝑣
Donde
𝑣0 es la velocidad del observador
4. Si la fuente se encuentra en reposo y el observador se aleja de ella, la señal emitida por la fuente
será percibida con una menor frecuencia, entonces:
𝑣 − 𝑣0
𝑓0 =
𝑓𝑓
𝑣
5. Si la fuente y el observador se acercan entre sí, la señal emitida por la fuente será percibida con
mayor frecuencia, entonces:
𝑣 + 𝑣0
𝑓0 =
𝑓
𝑣 − 𝑣𝑓 𝑓
6. Si la fuente y el observador se alejan uno del otro, la expresión que los relaciona es:
𝑣 − 𝑣0
𝑓0 =
𝑓
𝑣 + 𝑣𝑓 𝑓
#
Posición
El observador está en reposo
1. y la fuente, que se acerca a
él emite una señal.
Si el observador se
2. encuentra en reposo y la
fuente se aleja de él.
Si la fuente que emite la
señal se encuentra en
3.
reposo y el observador se
acerca a ella.
Si la fuente se encuentra en
4. reposo y el observador se
aleja de ella.
Si la fuente y el observador
5.
se acercan entre sí.
6.
Si la fuente y el observador
se alejan uno del otro.
Ecuación
𝑓0 =
𝑓0 =
Representación
𝑣
𝑓
𝑣 + 𝑣𝑓 𝑓
𝑓0 es la frecuencia que percibe el observador.
𝑣 es la velocidad de la onda.
𝑣𝑓 es la velocidad de la fuente.
𝑓𝑓 es la frecuencia con la que la fuente emite las ondas.
𝑣
𝑓
𝑣 + 𝑣𝑓 𝑓
𝑓0 es la frecuencia que percibe el observador.
𝑣 es la velocidad de la onda.
𝑣𝑓 es la velocidad de la fuente.
𝑓𝑓 es la frecuencia con la que la fuente emite las ondas.
𝑣 + 𝑣0
𝑓0 =
𝑓𝑓 𝑓0 es la frecuencia que percibe el observador.
𝑣
𝑣0 es la velocidad del observador.
𝑓0 =
𝑣 − 𝑣0
𝑓𝑓
𝑣
𝑣 es la velocidad de la onda.
𝑓𝑓 es la frecuencia con la que la fuente emite las ondas.
𝑓0 es la frecuencia que percibe el observador.
𝑣 + 𝑣0
𝑓0 =
𝑓
𝑣 − 𝑣𝑓 𝑓 𝑣 es la velocidad de la onda.
𝑣0 es la velocidad del observador.
𝑣𝑓 es la velocidad de la fuente.
𝑣 − 𝑣0
𝑓0 =
𝑓 𝑓 es la frecuencia con la que la fuente emite las
𝑣 + 𝑣𝑓 𝑓 𝑓
ondas.
Aplicaciones
 Un automóvil que se mueve a 30 m/s se acerca a la sirena de una fábrica que tiene una frecuencia de
500 Hz. a) Si la rapidez del sonido en el aire es de 340 m/s, ¿cuál es la frecuencia aparente de la sirena
que escucha el conductor? b) Repita para el caso de un automóvil que se aleja de la fábrica con la
misma rapidez.
Datos
𝑣 = 340 m/s
𝑓𝑓 = 500 Hz
𝑣0 = 30𝑚/𝑠
Ecuación
Formula literal
a.
𝑣 + 𝑣0
𝑓0 =
𝑓𝑓
𝑣
Formula literal
b.
𝑓0 =
𝑣 − 𝑣0
𝑓𝑓
𝑣
Resolución
a. Si la rapidez del sonido en el aire es de 340 m/s
Sustituyendo
340 + 30
𝑓0 =
500
340
Calculando
𝑓0 = 544,117 𝐻𝑧
b. Repita para el caso de un automóvil que se aleja de la fábrica
con la misma rapidez.
Sustituyendo
340 − 30
𝑓0 =
500
340
Calculando
𝑓0 = 455, 882 𝐻𝑧
Bibliografía
 Santillana. (2013). Física 1. Chile: Santillana del Pacífico S. A. de Ediciones.
 Santillana. (2016). Física Bachillerato 3. Ecuador: Santillana.
 https://es.wikipedia.org/wiki/Sonido. (Obtenido 10/02/2017 a las 7h02)