6. Intensidad de una onda.
Ya hemos estudiado como se producen las ondas, sean mecánicas o electromagnéticas. Necesitamos proporcionar energía en un punto. Las propiedades del medio hacen que esta energía se trasmita en todas las direcciones formando movimientos armónicos a su paso. Podemos decir que en una onda lo que se desplaza de verdad es la energía.
Escribe la expresión en función de la frecuencia. 1/2 . m . (2piA/T)2 = 2 m. (A.f.pi)2
El punto inicial responde a las leyes del movimiento armónico simple y podemos recordar las expresiones que sirven para calcular su energía.
Podemos repasar:
¿Cuál es la energía total en un oscilador armónico?
Podemos expresarla como E=1/2.K.A2
¿Cómo está relacionada la energía con la amplitud? ¿Y con la frecuencia?.
La energía de un muelle depende del cuadrado de la amplitud, del cuadrado de la frecuencia y de la masa del oscilador.
La onda transporta esta energía por el espacio, en general formando frentes esféricos. A un punto situado a una distancia determinada del origen la onda llegará con menos energía.
¿Qué dos factores hacen que la onda se vaya atenuando?
Por un lado la onda se atenúa debido al rozamiento, la onda va perdiendo energía siendo absorbida por el medio. Por otro como la onda se abre en frentes cada vez más amplios la energía que va llegando a cada punto disminuye. En ondas planas como las de un estanque disminuye con el cuadrado de la distancia, y en odas esféricas con el cubo.
Una cuestión para pensar:
En los últimos tiempos se ha hablado de la peligrosidad de los móviles. ¿Porqué tenemos que estar prevenidos ante el uso indiscriminado de estos instrumentos?.
Podemos ver en esta página argumentos en torno al peligro de las ondas de las antenas.
Para medir la energía que transporta una onda, la energía que recibimos en una zona determinada procedente de un punto emisor utilizamos la magnitud llamada Intensidad, I.
La onda se produce en O. Acaba afectando a una superficie esférica S.
Llamamos intensidad I, de una onda en una zona determinada a la energía que atraviesa por unidad de tiempo una superficie unidad colocada perpendicularmente a la dirección de propagación:
I = E / t.S = P / S
unidades: Joule/s.m2 = watio/m2
La intensidad de una onda dependerá como es lógico del cuadrado de la amplitud y de la frecuencia, y de las propiedades elásticas del medio.
Ondas sonoras:
El sonido. El sonido es una onda mecánica longitudinal que se puede propagar por sólidos, líquidos y gases. En su desplazamiento por los gases origina variaciones de presión, densidad y desplazamiento de las masas de gas por el que se propaga. Al llegar al oído actúa sobre la membrana del tímpano y, a través de la cadena de huesecillos del oído medio, transmite al cerebro por el nervio auditivo la percepción del sonido.
Todo sonido posee una mayor o menor intensidad que depende de la amplitud de la onda.
La audición está unida a la intensidad de la onda sonora. Para cada frecuencia hay una intensidad mínima (umbral de audición) por debajo de la cual no se oye; y una intensidad máxima que produce sensación de dolor (umbral doloroso).
El nivel de intensidad sonoro, se mide en decibelios (dB):
dB = 10log (I/I0)
I0, es la intensidad inferior de audición que se toma como punto de referencia y vale: I =10-12 Wm-2 (en el aire). Una persona normal no es capaz de percibir este sonido y por tanto al calcular la intensidad sonora el resultado es 0 dB
Otro sonido cuya intensidad sea 1000 veces superior a I0 –umbral de referencia- tiene de nivel:
dB = 10 log (103·10-22/10-12) =30 decibelios.