2. El sonido: propiedades.
Simulaciones:
El sonido es una forma de energía que nos resulta muy familiar. Los humanos y muchos animales usamos sonidos para comunicarnos. En general:
El sonido es una propagación de energía mediante cambios de presión y vibración de las partículas del medio.
El movimiento vibratorio conjunto de estas partículas constituye la onda sonora que puede transmitirse tanto en un medio gaseoso, como líquido y sólido.
El sonido necesita una fuente y un medio de propagación
Para que el sonido se produzca y se transmita deben existir:
- Una fuente emisora que vibre y comunique la vibración a las moléculas del medio. Por ejemplo, un altavoz, una guitarra o nuestras cuerdas vocales.
- Un medio elástico cuyas partículas transmitan la vibración a las adyacentes en un movimiento en cadena (Figura 3). El sonido no se propaga en el vacío.
Al paso del sonido, las partículas chocan con sus vecinas, les comunican energía y rebotan a sus posiciones iniciales. En unas zonas, las moléculas se apretujan dando sobrepresión (compresión) y en otras se separan y existe una depresión (rarefracción) (Figura 5). Fijate en los puntos azules, su posición de equilibrio esla línea de puntos.
Propiedades del sonido
Las dos características más importantes del sonido son la intensidad y el tono.
La intensidad de un sonido viene dada por la mayor o menor vibración del objeto que produce el sonido.
El tono viene determinado por el número de vibraciones por unidad de tiempo. Un sonido se hace de tono más agudo o alto cuando se aumenta el número de vibraciones por segundo, y se hace de tono más grave o bajo cuando las vibraciones disminuyen. La unidad de frecuencia es el hertzio (Hz), que equivale a una vibración por segundo.
La velocidad de propagación del sonido
El sonido se propaga más rápidamente en los medios donde las partículas están más unidas. Por lo tanto, la propagación del sonido es más rápida en los sólidos y más lenta en los gases: en el aire, la velocidad de propagación es de 330 m/s, mientras que en el hierro es de 5000 m/s.
El sonido se propaga solamente en un medio material y no lo hace en el vacío.
- En el aire, la velocidad del sonido es de 340 m/s a una temperatura de 20 °C y una presión de 1 atm. Si la presión, la temperatura o la humedad del aire cambian, la velocidad diferirá ligeramente del valor anterior.
- En el agua, su velocidad es mayor que en el aire (Tabla 1) y también depende de varios factores (temperatura, profundidad, salinidad, etc.).
- En sólidos, la velocidad del sonido todavía es mayor que en líquidos.
Ejercicio 3: Ordena de mayor a menor velocidad del sonido las siguientes situaciones:
- Maria grita desde su balcón a su amiga Lucía, en un día de invierno muy frío en el que el termómetro marcaba 0º C.
- Pedro habla con Miguel a través de la puerta de madera de una habitación.
- Manolo se coloca en la vía de tren y golpea la vía para que Cristina situada en la vía a lo lejos, pueda escucharlo.
- Silvia habla con José a través del cristal de vidrio de la habitación.
- Claudia grita desde el fondo de la piscina , cuyo termómetro marca 20ºC.
- Un esquiador cae en la laguna de Sierra Nevada, con una temperatura del agua de 0º C, y grita en su caída dentro del agua.
Frecuencia de un sonido
La frecuencia es el número de vibraciones que las partículas por donde pasa realizan en un segundo.
Nuestro oído percibe la frecuencia como tono. Los sonidos graves tienen frecuencias bajas y los agudos frecuencias altas. Se mide en hercios, en honor a Hertz, Hz (una vibración por segundo).
Definición: Un Hertzio es la frecuencia de un cuerpo que vibra con una oscilación en cada segundo.
El oído humano es sensible a frecuencias entre 20 Hz y 20000 Hz. Fuera de estos límites, se denominan:
- Infrasonidos. Ondas sonoras con frecuencias por debajo del mínimo audible de 20 Hz. Por ejemplo, las ondas de un terremoto.
- Ultrasonidos. Ondas sonoras con frecuencias superiores a 20000 Hz. Pueden generarse con impulsos eléctricos sobre cristales de cuarzo.
Delfines y murciélagos usan ultrasonidos como radar para orientarse. Los humanos los usamos para hacer medidas y en industria y medicina.
Hay silbatos de ultrasonidos para perros, ya que estos animales los captan sin ninguna dificultad.
También utilizan ultrasonidos los murciélagos para detectar obstáculos y orientarse cuando vuelan, mientras que los delfines los emplean para comunicarse entre ellos.
El sónar
Se trata de un dispositivo que lanza ondas sonoras desde un barco hacia el fondo del mar. Cuando encuentran un obstáculo o llegan al fondo, se reflejan y vuelven a detectarse desde el barco.
Sabiendo la velocidad del sonido en el agua y el tiempo transcurrido desde la emisión hasta la detección se puede saber la profundidad a que se encuentran los obstáculos o el fondo marino.
Ecografía
Es una técnica de exploración médica que usa ultrasonidos (de frecuencia entre 2 y 3 Mhz) desarrollada a partir del sonar. Un transductor actúa a la vez de emisor y receptor de ultrasonidos. Un gel aplicado sobre la piel mejora la transmisión de los ultrasonidos del transductor al cuerpo del paciente, donde se reflejan en los distintos órganos. El mismo transductor actúa de receptor y recoge el eco de las ondas sonoras convirtiéndolo en señales eléctricas que son enviadas a un ordenador que a su vez las convierte en imágenes visibles en una pantalla. La ecografía es inocua para el paciente y muy útil en la detección de tumores y en la visualización del funcionamiento del corazón y del feto durante el embarazo
Ejercicio 4: Busca un ejemplo de ondas del sonido con las siguientes frecuencias, indica para cada ejemplo cómo se origina la onda sonora , a qué velocidad se propaga y para qué se utiliza.
- Infrasonidos.
- Ultrasonidos.
Ejercicio 5: Vamos a trabajar con la velocidad del sonido, recuerda que la velocidad es el espacio recorrido en un tiempo dado. Del boletín vamos a hacer los ejercicios 1,2 3, 4.
