Taller De Fisica Sonido

TALLER DE FISICA GRADO ONCE SONIDO LAS ONDAS SONORAS En su origen la acústica tenia por objeto el estudio de las ondas que impresionaban nuestro sentido del oído, ondas que denominamos ondas sonaras o sonidos. Pero su dominio se amplio y comprende ahora las ondas que tienen las mismas propiedades físicas que el sonido, como son los ultrasonidos. Los sonidos pueden clasificarse en ruidos, onda no periódica o pulso, como por ejemplo el sonido producido por un tiro de cañón, onda periódica como el sonido producido por un violín. NATURALEZA DEL SONIDO El origen del sonido es un movimiento vibratorio, producido por cuerpos en movimiento periódico. Puede ser cuerdas vibrantes, tubos sonoros etc. Los sonidos de la voz son producidos por las vibraciones de las cuerdas vocales, cuya tensión es regulada por los músculos. Pero no todos los movimientos vibratorios producen sonidos. Solo las vibraciones de frecuencia de 20 hasta 20.000 hz producen sensación de sonido. Este limite superior es variable según la edad, mientras los niños pueden oír hasta 25.000hz, en la vejez se llega difícilmente hasta 12.000hz.. se acostumbra denominar infrasonidos a las ondas sonoras cuya frecuencia es menor de 16 hz ultrasonidos y ultrasonidos a los de frecuencia mayor de 20.000hz PROPAGACION DEL SONIDO La propagación de la onda sonora necesita uno o varios medios elásticos interpuestos entre la fuente sonora y el oído. Generalmente el aire es el que sirve de medio elástico en cuyo caso la velocidad de propagación es del orden de 340m/s a 20°C. pero también los sólidos y los líquidos transmiten los sonidos. Por ejemplo los nadadores debajo del agua oyen; y los peces huyen cuando perciben ruidos. Se puede oír la llegada de un tren o de un auto, pegando el oído en el riel o en la carretera. La velocidad del sonido disminuye cuando el aire es menos denso. La velocidad del sonido en el aire varia 0.6m/s por cada grado Celsius de temperatura , por lo tanto se puede calcular con la siguiente expresión. V= Vo + 0.6 m . t s°C La velocidad de propagación del sonido también se puede calcular conociendo la distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla, mediante la expresión: V = x / t también se puede utiliza V= λ.f ó V = λ / T RECEPCION DEL SONIDO De los numerosos detectores del sonido mencionemos los siguientes : -El oído humano: las ondas sonoras entran en el oído y golpean una membrana elástica, llamada el tímpano, que vibra por resonancia a la misma frecuencia que la onda. Una cadena de tres huesecitos transmiten las vibraciones, ampliándolas, a un fluido situado en el oído interno. Los movimientos del fluido son detectados por fibras de longitud y espesores diferentes que vibren cada una con su frecuencia propia. Las vibraciones de las fibras se transforman en Timbre:

María del socorro Leytón señales eléctricas que son llevadas por los nervios auditivos hasta el cerebro en donde la sensación de sonido se realiza. -Micrófono: trabaja con el mismo principio que el oído. Las ondas sonoras ponen a vibrar una membrana y esta produce pequeñas señales eléctricas que deben ser ampliadas y que se puede llevar después hasta un altavoz o una grabadora. FENOMENOS ACUSTICOS a. Reflexión: Cuando la onda sonora choca contra un obstáculo, la onda cambia de dirección de propagación b. Refracción: Cuando la onda sonora cambia de medio de propagación se produce una variación en la velocidad de propagación. c. Difracción: Cuando la onda sonora bordea un obstáculo o paso a través de una abertura se produce un cambio en la curvatura de la onda. d. Principio de interferencia: Cuando en un punto del espacio se encuentran dos o mas ondas sonoras, en dicho punto la amplitud de la onda es igual a la suma algebraica de las amplitudes de las ondas incidentes CUALIDADES DEL SONIDO Las cualidades del sonido son aquellas características que permiten diferenciar unos sonidos de otros. En la audición se distinguen tres cualidades del sonido: tono o altura, intensidad y timbre Tono o altura Es la característica del sonido por la cual una persona distingue sonidos graves y agudos. El tono esta relacionado con la frecuencia del sonido: cuanto mayor es la frecuencia mas agudo es el sonido y si la frecuencia es baja, el tono es grave. Intensidad Es la característica del sonido por la cual el oído distingue sonidos fuertes y sonidos débiles, o que tan cerca o lejos esta la fuente sonora. a. Intensidad física: La intensidad física esta relacionada con la cantidad de energía que transporta la onda sonora, en la unidad de tiempo, a través de la unidad de superficie, tomada perpendicularmente a la dirección en que se propaga. Intensidad = Potencia / Área o I = P / A Pero Potencia = Energía / tiempo o P = E / t de donde I = E / At Unidades de la intensidad física: I = E / A .t = J / m².s = W/ m² es decir la intensidad física se mide en watios por metro cuadrado. La intensidad física depende de la cantidad de energía que transporta la onda; y esta a su vez es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda. b. Intensidad Auditiva corresponde a la sensación percibida por nuestro oído, depende de la intensidad física y otros factores característicos de nuestro aparato auditivo. B = log ( I / Io ) Donde B es intensidad auditiva, I intensidad física y Io = 10 -12 W / m² o Io = 10 -16 W / cm² El nivel de intensidad de un sonido se mide en beles (b) o decibeles (db); por lo tanto B = log ( I / Io )b B = 10 log ( I / Io ) db

Cualidad del sonido que permite diferenciar la fuente que emite el sonido

2. Cuando la fuente se mueve con relación al medio y el observador permanece en reposo

FUENTES SONORAS Es todo cuerpo vibrante capaz de producir ondas elásticas en el medio que lo rodea. Como son cuerdas y tubos sonoros

* Si la fuente se acerca al observador

Cuerdas Sonoras: Cuando se hace que vibre la cuerda, se producen en ellas ondas estacionarias debidas a la interferencia que tiene lugar, entre ondas que avanzan en sentidos opuestos, con la particularidad de que cada uno de los extremos se encuentra un nodo; y en la parte central de la cuerda se forma un vientre

fo = f .

Ecuación de la frecuencia del sonido producido por una cuerda fn = n v / 2L donde n es el armónico, v la velocidad y L es la longitud de onda Tubos sonoros: Son cavidades que contienen aire y producen sonidos al hacer vibrar las moléculas encerradas. Existen dos tipos de tubos los abiertos y los cerrados Tubos abiertos: fn = n.v / 2L Tubos cerrados : fn = n.v / 4L Resonancia acústica: Fenómeno que se presenta con objetos que pueden vibrar y ocurre cuando coincide la frecuencia fundamental o de uno de sus armónicos que puede emitir el cuerpo con la frecuencia de una onda que le llega haciéndolo vibrar. EFECTO DOPPLER Es la variación de frecuencia percibida por un observador cuando este o la fuente se mueve con respecto al medio. Análisis de las diferentes situaciones presentadas en el efecto Doppler Para ello tener en cuenta: fo: La frecuencia percibida por el observador f: La frecuencia propia de la fuente Vo: La velocidad del observador respecto al medio Vf: La velocidad de la fuente respecto al medio . V. La velocidad del sonido 1. Cuando el observador se mueve con relación al medio y la fuente permanece en reposo. * Si el observador se mueve hacia la fuente

fo = f . ( V + Vo ) V * Si el observador se aleja de la fuente fo = f . ( V - Vo ) V

fo = f .

V . (V- Vf ) * Si la fuente se aleja del observador V . ( V+ Vf )

3. el observador y la fuente se mueven simultáneamente con respecto al medio * Si el observador y la fuente se dirigen uno hacia el otro.

fo = f . ( V + Vo ) ( V- Vf ) * Si el observador y la fuente se alejan uno hacia el otro.

fo = f . ( V - Vo ) ( V+ Vf )

OPTICA GEOMETRICA Este campo de la óptica se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos ópticos. Reflexión y refracción Refracción de la luz en diamantes El brillo de los diamantes se debe a su elevado índice de refracción, aproximadamente 2,4. El índice de refracción de un material transparente indica cuánto desvía los rayos de luz. La habilidad del joyero reside en tallar las facetas de modo que cada rayo de luz se refleje muchas veces antes de salir de la piedra. El índice de refracción es ligeramente distinto para cada color de la luz, por lo que la luz blanca se divide en sus componentes dando lugar a los fuegos multicolores de los diamantes. Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices de refracción de ambos medios. El plano de incidencia se define como el plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea perpendicular a la superficie del medio) en el punto de incidencia. El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y la normal. Los ángulos de reflexión y refracción se definen de modo análogo. Reflexión en un espejo plano Los rayos de luz reflejados llegan al ojo como si procedieran directamente del objeto. Éste es el motivo por el cual vemos la imagen en el espejos. Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano. Si la superficie del segundo medio es lisa, puede actuar como un espejo y producir una imagen reflejada (figura 2). En la figura 2, la fuente de luz es el objeto A; un punto de A emite rayos en todas las direcciones. Los dos rayos que inciden sobre el espejo en B y C, por ejemplo, se reflejan como rayos BD y CE. Para un observador situado delante del espejo, esos rayos parecen venir del punto F que está detrás del espejo. De las leyes de reflexión se deduce que CF y BF forman el mismo ángulo con la superficie del espejo que AC y AB. En este caso, en el que el espejo es plano, la imagen del objeto parece situada detrás del espejo y separada de él por la misma distancia que hay entre éste y el objeto que está delante. Si la superficie del segundo medio es rugosa, las normales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrán un plano de incidencia, y por tanto de reflexión, aleatorio. Esto hace que se dispersen y no puedan formar una imagen.

Ley de Snell: En la figura se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios con superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo que el del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el mismo, el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente

GRADO ONCE María del socorro Leytón Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano. En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es mayor que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la sustancia de mayor densidad. Por tanto, si un rayo incide de forma oblicua sobre un medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de ella. Los rayos que inciden en la dirección de la normal son reflejados y refractados en esa misma dirección. Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado en un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo que está en realidad. IMAGEN EN ESPEJOS PLANOS Las características de la imagen que se obtienen de un objeto situado frente a un espejo plano estan determinadas por: Campo del espejo: conjunto de puntos del espejo por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden en el espejo. Imagen real: imagen que se obtiene en el campo del espejo Imagen virtual: Imagen que se obtiene en puntos diferentes al campo del espejo. do = distancia del objeto al espacio di = distancia de la imagen al espejo Ho = tamaño del objeto Hi = tamaño de la imagen Para obtener la imagen de un punto situado en el campo del espejo se trazan rayos luminosos que pasen por el objeto e incidan en el espejo. Luego se aplica laley de la reflexion y se trazan los rayos reflejados de tal manera que forman un angulo con la normal igual al angulo formado por los rayos incidentes.

IMAGEN EN ESPEJOS ANGULARES Si el angulo entre los espejos varia, el numero de imágenes que se obtiene también varia y el numero de estas se puede obtener por medi de la expresión: n = 360° - X / X de donde n es el numero de imágenes, x el angulo entre los espejos

AB, pero resulta desplazado.

TALLER DE FÍSICA ESPEJOS ESFERICOS Al sacar de una esfera un casquete esférico se obtiene un espejo esférico, el espejo es cóncavo si la superficie reflectora es la interior y el espejo es convexo si la superficie reflectora es la exterior.

ESPEJO CÓNCAVO

ESPEJO CONVEXO

Elementos de un espejo esférico

* Campo del espejo. Conjunto de puntos del especio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden en la superficie reflectora. *Centro de curvatura: punto del espacio equidistante de todos los puntos del espejo. *Radio de curvatura: distancia del centro de curvatura al espejo. *Vértice del espejo: Punto medio del espacio *Eje principal : Recta que pasa por el centro de curvatura