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actividad 1


Actividad 1:

1 Haga sonar una cuerda de una guitarra y una campana observe las vibraciones de estos aparatos

*El sonido
En el mundo en que vivimos estamos rodeados de sonido, podemos oír el canto de las aves, el sonido de un piano o la voz de una persona al hablar, como también el ruido molesto del tráfico automotor. El sonido es un fenómeno físico percibido por el oído. Pero, ¿cómo se produce? ¿qué lo produce? ¿cómo se propaga?

*Vibraciones y sonido
Si escuchamos un sonido pensamos que debe haber algo que lo produce. Si oímos el sonido de una campana, sabemos que viene de un golpe que se le ha dado. Al acercar nuestra mano y tocar la campana con suavidad, podemos sentir cómo la masa metálica está vibrando, pero si apoyamos con fuerza la mano e impedimos que vibre, el sonido se apaga. Si tocamos nuestra garganta al hablar con fuerza, también nos daremos cuenta de que esta vibra, o para hacer sonar la cuerda de una guitarra, debemos hacerla vibrar. Con esto nos podemos dar cuenta que,
El sonido es producido por un movimiento vibratorio.
Si hacemos vibrar la cuerda de una guitarra percibimos un sonido, pero si hacemos vibrar la misma cuerda con mayor fuerza, percibimos el mismo sonido con mayor intensidad; lo mismo ocurre al golpear una campana, mientras mayor es la fuerza que aplicamos, más intenso es el sonido. Cuando elevamos el volumen de la radio o del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.

*Altura
Si ahora hacemos sonar las diferentes cuerdas de una guitarra con igual intensidad, notaremos que los sonidos son diferentes, unos más agudos y otros más bajos. Entonces se dice que tienen diferentes alturas o tono.

*Timbre
Una misma nota musical producida con la misma intensidad y altura por un piano y un violín no suenan igual, esto se debe a la cualidad llamada
timbre.
El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y altura.
Casi nunca se puede producir un sonido puro, siempre se producen otros que lo acompañan. Algunos de estos se llaman armónicos. El timbre depende de los sonidos armónicos que acompañan al principal.
Por ejemplo, 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 y le da su sonido característico, y es por eso que suena distinto a un violín u otro instrumento que toque la misma nota.

*Reflexión y Absorción
Cuando cantamos en el baño, podemos notar que nuestra voz es más sonora y potente. Esto se debe a que las ondas sonoras se reflejan en las paredes duras del cuarto de baño; es decir, el sonido rebota como lo hace una pelota en una pared.
El eco es la repetición de un sonido causada por su reflexión, y dependerá de la distancia desde el lugar de origen del sonido y la superficie en que se reflejará. El sonar de los submarinos se basa en la reflexión de los sonidos propagados en agua.
Pero los sonidos no siempre se reflejan, las superficies blandas absorben las ondas sonoras. Si el sonido choca sobre una superficie blanda, como una almohada, resultan absorbidos y no rebotan.
Por ejemplo en una casa, la alfombra, los sillones, las cortinas, etc., absorben la energía sonora e impiden que el sonido se refleje.

*Como oímos los sonidos.
Las ondas sonoras, penetran al oído a través del canal auditivo externo hacia el tímpano, que es una membrana delgadísima, en el cual se produce una vibración. Estas vibraciones se comunican al oído medio mediante la cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo) y, a través de la ventana oval, hasta el líquido del oído interno. A su vez esta vibración estimula las terminaciones nerviosas que envían al cerebro los impulsos eléctricos que permiten reconocer los sonidos.
El oído humano percibe sonidos situados entre los 20 y 20.000 Hz (Hertz), variando en algunas personas. El hertz es una medida de frecuencia que corresponde a un ciclo (vibración) por segundo, es decir que el oído humano es capaz de percibir sonidos que estén entre los 20 y 20.000 ciclos por segundo.
Las vibraciones fuertes poseen mucha energía y producen ondas sonoras intensas de gran amplitud, algunos sonidos fuertes pueden incluso causar dolor y dañar el oído. La intensidad sonora (o fisiológica) con que percibimos un sonido se mide en decibelios (dB). La intensidad fisiológica de un susurro corresponde a unos 10 dB y el ruido de las olas en la costa a unos 40 dB. Los sonidos por sobre los 120 decibeles pueden causar fuertes dolores y sorderas.

2 considera que las moléculas de aire que rodean a una campana en una vibración también vibran como explica el sonido se propague atreves del aire
El término «sonido» tiene un doble sentido: por un lado se emplea en sentido subjetivo para designar la sensación que experimenta un observador cuando las terminaciones de su nervio auditivo reciben un estímulo, pero también se emplea en sentido objetivo para describir las ondas producidas por compresión del aire que pueden estimular el nervio auditivo de un observador. Acústica es la parte de la física y de la técnica que estudia el sonido en toda la amplitud, ocupándose así de su producción y propagación, de su registro y reproducción, de la naturaleza del proceso de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y del proyecto de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una perfecta audición. Como rama de la física, la acústica culminó su desarrollo en el siglo XIX, gracias sobre todo a los trabajos de Hermann von Helmont y de lord Raleigh, y sus bases teóricas han permanecido prácticamente sin cambios desde finales de ese siglo. Sin embargo, desde el punto de vista técnico, a lo largo del siglo XX los progresos de la acústica han sido constantes, especialmente por lo que se refiere a sistemas para el registro y la reproducción del sonido.
El sonido se produce por la vibración de los cuerpos, la cual se transmite al aire que los rodea y, a través de éste, llega hasta nuestros oídos.
Dos experimentos muy sencillos permitirán confirmar estas aseveraciones.
1) Se disponen dos panderetas, próximas una frente a otra. De una de ellas se suspende un pequeño péndulo. Al golpear la otra, el péndulo comienza a vibrar.
2) Dentro de una campana en la que se ha hecho el vacío, se coloca un despertador: cuando se dispare la alarma no se oirá ningún sonido.
El experimento 1) demuestra que el sonido se produce por la vibración de un cuerpo, mientras que el experimento 2) demuestra que para que el sonido se transmita debe existir un medio elástico a través del cual se puedan propagar las vibraciones que lo originaron. Ese medio elástico es normalmente el aire, pero puede ser cualquier otro gas, un líquido o un sólido.

Cuando una onda sonora llega al tímpano del oído, éste entra en vibración y su vibración se transmite a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él. Es una situación del todo similar a la del experimento con dos panderetas dispuestas una frente a otra que habíamos propuesto.
Los instrumentos musicales ilustran perfectamente la variedad de cuerpos cuya vibración puede dar origen a un sonido. Esencialmente, en los instrumentos de viento, lo que vibra es la columna de aire contenida en el instrumento; en los instrumentos de cuerda, lo que vibra son las cuerdas del instrumento; y en los instrumentos de percusión lo que vibra es un diafragma o bien un objeto metálico (unos platillos, por ejemplo).
Para estudiar el sonido en una dimensión, usaremos el trazado de una forma de onda sinusoidal simple.

*Velocidad.
Esta es la propiedad más simple y precisa del sonido. La velocidad del sonido en un medio puede medirse con gran precisión. Se comprueba que dicha velocidad es independiente de la frecuencia y la intensidad del sonido, dependiendo únicamente de la densidad y la elasticidad del medio. Así, es mayor en los sólidos que en los líquidos y en éstos mayor que en los gases. En el aire, y en condiciones normales, es de 330,7 m/s.
Puede demostrarse que la velocidad de propagación de una onda longitudinal en un medio de densidad  y módulo de compresibilidad  viene dada por la fórmula:

Suponiendo que al propagarse una onda sonora en el aire tiene lugar una transformación isotérmica, es decir, regida por la ley de Boyle-Mariotte P•V = cte., será:

de donde . Esta expresión coincide con la definición del módulo de compresibilidad, por lo que, en este caso, es  = P. Sustituyendo ese valor en la expresión de la velocidad de una onda longitudinal llegamos a la fórmula de Newton para la velocidad del sonido en el aire:

Como en condiciones normales es P =101 325 Pa y  = 1,293 kg/m3, sustituyendo valores en la fórmula se obtiene v = 280 m/s, valor que difiere bastante del experimental.

3 Ha escuchado algún sonido mientras nada debajo del agua
El oído humano es sensible a un amplio intervalo de frecuencias (audiofrecuencias) e intensidades.
Los estudios fisiológicos han puesto de manifiesto una relación logarítmica entre la intensidad de un sonido y la intensidad de nuestra percepción del mismo, por lo que se prefiere medir la intensidad del sonido en una escala logarítmica. Así el nivel de intensidad  de una onda sonora se define por la ecuación:

Siendo I0 una intensidad arbitraria de referencia que se toma igual a 10-16 W/cm2, valor que corresponde al umbral de la sensación sonora.
El nivel de intensidad sonora se expresa en decibelios (símbolo, dB), siendo el nivel máximo que el oído humano puede tolerar de 120 dB, que corresponden a una intensidad de 10-4 W/cm2.
Si oímos pasar una ambulancia, el sonido de su sirena nos parece más agudo cuando el vehículo se acerca a nosotros que cuando se aleja. Esto es debido al efecto Doppler.

Imaginemos el caso de un oyente fijo en el punto O y una fuente sonora S que se aleja de él con velocidad vs. En este caso, el número de ondas que llegan al oyente por segundo () es menor que la frecuencia del sonido emitido (0), es decir, . Si la velocidad del sonido es v y la de la fuente sonora es vS, y la longitud de onda del sonido es , será o bien, como  = v/0, . Por lo tanto, será:

Si, en lugar de alejarse, la fuente sonora se acercase al oyente, la fórmula sería la misma con el signo de vS cambiado, es decir, n = n0(v + vS)/v. El efecto Doppler también se produce si es el oyente el que está en movimiento.
De acuerdo con el teorema de Fourier, cualquier función periódica puede expresarse como suma de una serie de funciones seno y coseno (en casos particulares, sólo de senos o sólo de cosenos). La utilidad de este teorema estriba en que permite reducir el análisis del movimiento ondulatorio al de las ondas sinusoidales. Así, si tenemos un movimiento ondulatorio de ecuación y = f(x – v•t), es posible considerarlo formado por la superposición de los movimientos ondulatorios que corresponden a los términos de la serie trigonométrica en que podemos descomponer la función dada. Además, si no se conoce la ecuación del movimiento ondulatorio pero se dispone de una representación gráfica del mismo pueden determinarse sus componentes por medios mecánicos.
Como ejemplo de una serie de Fourier, la onda rectangular representada en la figura (a) puede obtenerse como suma de la serie:
y = A•sen x + 1/3 A•sen 3x + 1/5 A•sen 5x + …
En la figura (b) se han representado los tres primeros términos de esta serie, y en la (c) su suma. Obsérvese que, con sólo sumar tres términos, la serie sinusoidal ya se aproxima a la forma de la onda dada.

4 se transmite el sonido atreves del agua sumerja uno de sus oídos dentro del agua, tape el otro lado escucha el sonido dela radio o sus dos oídos

La diferencia que se nota cuando uno sumerge el oído en el agua y se tapa el otro lo único que escuchabas en ellos era en la parte de afuera es mucho mas lento ya que los oídos tienen una agudadisacion profunda

5 escuche la una sirena de una ambulancia cuando se acerca y se aleja de esta que observa

Concepto Físico involucrado: Efecto Doppler.
En algunas ocasiones al escuchar la sirena de una ambulancia que se aproxima hacia nosotros, notamos que tiene cierto tono el cual cambia cuando pasa y se aleja, esto a pesar de que se trata de la misma sirena funcionando en la misma ambulancia. Lo que sucede es que el sonido son ondas que viajan en el aire en forma de compresiones y expansiones y a cierta velocidad, cuando la ambulancia se aproxima a nosotros, esas ondas llegan más rápidamente y cuando la ambulancia se aleja de nosotros, esas ondas tardan más tiempo en llegar hasta donde nos encontramos. Esa diferencia en el desplazamiento de las ondas es lo que hace que se escuche con tonos diferentes.

Reto: Consiste en comprender como se comportan las ondas de sonido conforme se desplaza la fuente que lo reproduce.

Reglas del juego: En la animación, presiona el botón “start again” y observa como la animación representa una persona que está observando como se acerca una ambulancia hacia el y se aprecia la forma en que se desplazan las ondas de sonido, primero cuando se acerca la ambulancia y después cuando se aleja de la persona, cada vez que una onda de sonido alcanza la persona, esta emite un color rojo, observa el tiempo de llegada de las ondas sonoras cuando la ambulancia se acerca comparado con el tiempo cuando se aleja.
Construcción de conceptos:
¿Qué pasa con las ondas sonoras cuando la ambulancia se acerca?
• Llegan en un menor tiempo a la persona,
• Tardan más tiempo en llegar a la persona.
¿Qué pasa con las ondas sonoras cuando la ambulancia se aleja?
• Llegan en un menor tiempo a la persona,

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