Ultrasonido: Sonido cuyo tono es muy, muy alto. Los humanos no pueden escuchar el sonido a este nivel.
Vibrar: Moverse hacia delante y hacia atrás, o hacia arriba y hacia abajo.
Cuerdas vocales: Dos pares de pliegues en la caja de voz. Cuando el aire de los pulmones se mueve a través de las cuerdas vocales, éstas vibran. Esto produce los sonidos de la voz humana.
Ampliando conceptos:
El sonido se produce por la vibración de los cuerpos, la cual se transmite en forma de ondas sonoras a través del aire que los rodea y llega hasta nuestros oidos, que pueden así percibir el sonido original.
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 vibran son las cuerdas del instrumento; en los instrumentos de percusión lo que vibra es un diafragma o bien un objeto metálico (unos platillos, por ejemplo).
Cualidades Del Sonido
Deben existir dos factores para que exista el sonido. Es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico a través del cual se propague la perturbación. La fuente puede ser un diapasón, una cuerda que vibre o una columna de aire vibrando en un tubo de órgano. Los sonidos se producen por una materia que vibra.
La necesidad de la existencia de un medio elástico se puede demostrar colocando un timbre eléctrico dentro de un frasco conectado a una bomba de vacío. Cuando el timbre se conecta a una batería para que suene continuamente, se extrae aire del frasco lentamente, a medida que va saliendo el aire del frasco, el sonido del timbre se vuelve cada vez más débil hasta que finalmente ya no se escucha.
Cuando se permite que el aire penetre de nuevo al frasco, el timbre vuelve a sonar. Por lo tanto, el aire es necesario para transmitir el sonido.
Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos necesita un espacio o medio de propagación, este normalmente suele ser el aire la velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º es de 331,6 m/s.
La velocidad de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.
La velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica. Como hemos visto cuando mayor sea la temperatura del ambiente menos rápido llegara el sonido a nuestros oídos, es por eso que algunas personas dicen que "en invierno se suele escuchar mejor" es decir, a mayor temperatura menor respuesta del sonido en el aire.
MEDIO | TEMPERATURA (C°) | VELOCIDAD (m/s) |
Aire | 0 | 331,46 |
Argón | 0 | 319 |
Bióxido de Carbono | 0 | 260,3 |
Hidrógeno | 0 | 1286 |
Helio | 0 | 970 |
Nitrógeno | 0 | 333,64 |
Oxigeno | 0 | 314,84 |
Agua destilada | 20 | 1484 |
Agua de mar | 15 | 1509,7 |
Mercurio | 20 | 1451 |
Aluminio | 17-25 | 6400 |
Vidrio | 17-25 | 5260 |
Oro | 17-25 | 3240 |
Hierro | 17-25 | 5930 |
Plomo | 17-25 | 2400 |
Plata | 17-25 | 3700 |
Acero inoxidable | 17-25 | 5740 |
El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distinta densidad. En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases (como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.509,7 m/s en el agua y de unos 5.930 m/s en el acero. Un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente.
Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio. Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia.
No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio.
El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. El sonido no se propaga en el vacío
Las cualidades que caracterizan el sonido son la intensidad, su altura o tono y su timbre.
La intensidad
La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el volumen de la cadena de música o del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.
El tono o altura
El tono de un sonido depende únicamente de su frecuencia, es decir, del número de oscilaciones por segundo. La altura de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más grave o más agudo. Cuando mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse, por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo de cartulina a una sierra de disco: cuando mayor sea la velocidad de rotación del disco más alto será el sonido producido.
El timbre
"El timbre" es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y altura. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples.
NIVELES
SONIDO | NIVEL DE INTENSIDAD dB |
Umbral de audición | 0 |
Susurro de las hojas | 10 |
Murmullo de las hojas | 20 |
Radio de volumen bajo | 40 |
Conversación normal | 35 |
En una esquina de una calle transitada | 80 |
Transporte subterráneo | 100 |
Umbral de dolor | 120 |
Motor a propulsión | 140 ~ 160 |
Frecuencias Hz
La frecuencia de una onda sonora se define como el número de pulsaciones (ciclos) que tiene por unidad de tiempo (segundo).La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el herzio (Hz).
Las frecuencias mas bajas se corresponden con lo que habitualmente llamamos sonidos "graves", son sonidos de vibraciones lentas. Las frecuencias más altas se corresponden con lo que llamamos "agudos" y son vibraciones muy rápidas
Decibelio (dB)
El decibelio es una unidad logarítmica de medida utilizada en diferentes disciplinas de la ciencia. En todos los casos se usa para comparar una cantidad con otra llamada de referencia. Normalmente el valor tomado como referencia es siempre el menor valor de la cantidad. En algunos casos puede ser un valor promediado aproximado.
En Acústica la mayoría de las veces el decibelio se utiliza para comparar la presión sonora, en el aire, con una presión de referencia. Este nivel de referencia tomado en Acústica, es una aproximación al nivel de presión mínimo que hace que nuestro oído sea capaz de percibirlo. El nivel de referencia varía lógicamente según el tipo de medida que estemos realizando. No es el mismo nivel de referencia para la presión acústica, que para la intensidad acústica o para la potencia acústica.
La razón por la que se utiliza el decibelio es que si no, tendríamos que estar manejando números o muy pequeños o excesivamente grandes, llenos de ceros, con lo que la posibilidad de error seria muy grande al hacer cálculos. Además también hay que tener en cuenta que el comportamiento del oído humano esta mas cerca de una función logarítmica que de una lineal, ya que no percibe la misma variación de nivel en las diferentes escalas de nivel, ni en las diferentes bandas de frecuencias
El espectro de frecuencias audible varía según cada persona, edad etc. Sin embrago normalmente se acepta como el intervalos entre 20 Hz y 20 kHz.
Ruido
El ruido es cualquier sonido no deseado, el cual puede interferir en la comunicación hablada, en el trabajo y en las actividades rutinarias; en ciertos casos, puede afectar a la conducta; puede producir una perdida temporal del oído y, si el nivel de ruido es suficientemente alto, puede ser responsable de un daño permanente en el mecanismo auditivo.
La intensidad de los distintos ruidos se mide en decibeles, unidad de medida de la presión sonora. El umbral de audición está en 0dB (Mínima intensidad del estímulo) y el umbral de dolor está en 120 dB. Para tener una aproximación de la percepción de la audición del oído humano, se creó una unidad basada en el dB que se denomina decibel A (dBA).
El oído humano tiene la capacidad de soportar cierta intensidad de los ruidos; si estos sobrepasan los niveles aceptables, provocan daños en el órgano de la audición. En la ciudad, los niveles de ruido oscilan entre 35 y 85 dBA, estableciéndose que entre 60 a 65 dBA se ubica el umbral del ruido diurno que comienza a ser molesto.
¿A partir de que niveles el sonido es perjudicial?
El nivel del sonido es perjudicial por encima de los 100 dBA es muy recomendable siempre que sea posible utilizar protectores para los oídos. Si la exposición es prolongada, por ejemplo en puestos de trabajos, se considera necesario el utilizar protectores en ambientes con niveles de 85 dBA, siempre y cuando la exposición sea prolongada. Los daños producidos en el oído por exposiciones a ruidos muy fuertes son acumulativos e irreversibles, por lo que se deben de extremar las precauciones. De la exposición prolongada a ruidos se observan trastornos nerviosos, cardiacos y mentales.
Profe proteja sus oídos; porque a:
110 Decibeles
El estar expuesto con regularidad por más de 1 minuto podría resultar en la pérdida permanente del oído.
100 Decibeles
No se recomienda estar expuesto sin ninguna protección por más de 15 minutos.
90 Decibeles
El estar expuesto por períodos prolongados a cualquier ruido de más de 90 decibelios puede causar la pérdida gradual del oído
Diseño Experimental:
En este apartado vamos a ver un ejemplo practico del fenómeno de la reflexión del sonido utilizando distintas paredes reflectantes. El experimento va a constar de dos partes.
Una primera en la que comprobaremos la ley de la reflexión que dice que el ángulo con respecto a la normal con el que la onda sonora rebota a mayor amplitud es el mismo que el incidente. En nuestro caso 45º
Y la segunda en la que manteniendo fijo el montaje de recepción, iremos probando la capacidad reflexiva de distintos materiales tales como madera, cristal, metal… Además de ver la diferencia que existe entre rebotar el sonido en una pared lisa, de rebotar en una pared rugosa.
¿Que necesitamos?
Materiales : Cartulina, transportador de 180°, tubos de PVC u otro material de unos 25 cm de largo y unos 5 de diámetro. Trozo de madera u otro material para que haga de pared.
Primero tomamos la cartulina y hemos dibujado una raya horizontal en el centro que nos indicara la normal a la superficie de reflexión. A continuación con un medidor de ángulos, hemos marcado en una de las mitades el ángulo de 45º y en la otra mitad los ángulos de 30º, 45º y 60º con respecto a la normal. Hemos pegado uno de los tubos en la primera mitad sobre la marca de 45º y a una distancia de la superficie de reflexión de 6,4 cm (que canalizara el tono que emitiremos) y el otro tubo, le hemos dejado variar libremente entre el resto de marcas( 0º, 30º, 45º, 60º y 90º ) intentando respetar los 6,4 cm de distancia a la superficie durante el primer montaje mientras que le hemos pegado en la marca de 45º durante el segundo montaje.
La temperatura y la humedad del ambiente del día que fueron realizadas las pruebas fueron de 23º grados centígrados y 36% de humedad.
Para las paredes reflectantes, hemos utilizado en el primer montaje una superficie lisa de cartón y para el segundo, hemos utilizado cristal, madera, chapa, cartón y algodón (todos ellos con una superficie lisa) además de realizar una prueba para ver la diferencia entre una superficie lisa y una rugosa. Como superficie rugosa, hemos utilizado una pared con gotelé y como superficie lisa, una pared plana.
Para emitir y capturar el sonido hemos utilizado un micrófono y un altavoz conectados a un ordenador. En cuanto a software hemos usado el programa Adobe Audition 1.0 tanto para generar el tono ( hemos tomado un tono de 1KHz )como para visualizar la amplitud con respecto al tiempo y la grabadora de sonidos incluida en Windows XP para recoger las muestras sonoras.
Durante todos los experimentos, hemos supuesto despreciable tanto la reverberación producida en los tubos al intentar canalizar el sonido como el sonido registrado por el micrófono que no proviniera del propio tubo
3. Ley de reflexión
Para construir el montaje que necesitamos, seguimos las siguientes instrucciones:
En el trozo de cartón pegue el transportador después de haberlo cortado y marcado su centro en uno de los bordes. Pegue también uno de los tubos formando un ángulo de 45° con el borde y dirigido hacia el centro del transportador. El otro tubo instálelo de modo que pueda rotarlo en torno al centro del transportador.
Acerque al extremo del tubo móvil un micrófono conectado a un osciloscopio o computadora que tenga un software que lo simule. Si el micrófono entra en el tubo, mejor.
Coloque un madero u otro material a modo de superficie reflectora. Haga sonar un tono simple en el extremo del tubo fijo y gire el tubo móvil buscando el ángulo en que el osciloscopio o computadora registra la mayor amplitud.
Al finalizar el montaje debería quedar algo como esto:
El proceso que seguimos fue el siguiente:
Emitimos un tono simple a una frecuencia de 1KHz a través de un altavoz que a su vez estaba orientado al tubo fijo.
Después con ayuda de un micrófono fuimos recogiendo las grabaciones obtenidas desde el otro tubo a diferentes ángulos (0º, 30º, 45º, 60º, 90º con respecto a la normal a la superficie).
Las grabaciones se pasaron a representaciones con respecto al tiempo gracias al programa Adobe Audition 1.0.
Si reproducimos todos los sonidos obtenidos, podemos apreciar con claridad que tanto los sonidos recogidos a 0º como los recogidos a 90º se oyen muy bajo mientras que los de 30º y 60º se oyen un poco más y el de 45º se parece mas al original.
¿A que se debe?
Bien, esto es debido a que toda onda, del tipo que sea, que incide con un cierto ángulo sobre una superficie plana, o un cambio de medio, sale reflejada en sentido contrario y mismo ángulo simétrico con respecto a la normal a la superficie. (ley de la reflexión).
Sin embargo, esto quiere decir que en el caso del ángulo de 45º grados, oiríamos la señal casi completa (sin la parte que se absorbe por el material) y en el resto de los ángulos no oiríamos nada.
¿Por qué sucede?
Una de las características de las ondas sonoras es que son esféricas y se propagan en todas las direcciones hasta que se atenúan, bordeando obstáculos. Es decir, que aunque la mayor parte de la potencia de la señal de sonido se este emitiendo en 45º, también se esta emitiendo en el resto de direcciones pero con menos intensidad, por eso a medida que nos acercamos a 45º el sonido se escucha cada vez mas alto, y en los extremos mas bajo.
Si ahora echamos un vistazo a las imágenes podemos observar estos cambios de intensidad en la amplitud de la onda, la ondas de 0º y 90º tienen poca amplitud, las de 30º y 60º un poco mas y la de 45º tiene la mayor amplitud. Sin embargo también observamos fluctuaciones en la amplitud, en cada muestra no hay una amplitud constante.
¿Por qué no tenemos amplitud constante?
Eso es debido a lo que dijimos al principio, las reflexiones del tubo, no las hemos tenido en cuenta porque no las podemos suprimir, pero para este experimento son despreciables. Sin embargo se hace patente su existencia en estas fluctuaciones. Al igual que en la superficie, la onda sonora también se refleja en el interior del tubo creando ondas de la misma frecuencia* en múltiples direcciones. Como sabemos las ondas de igual frecuencia pueden interferir entre si sumándose (aumentando la amplitud) o anulándose (haciéndola cero), entonces pues dependiendo de cuando lleguen esas interferencias y de si son creativas o no, tenemos unos cambios de amplitud en la señal.
Capacidad reflectora de los materiales
Para realizar este experimento podemos realizar el montaje de antes pero esta vez además necesitaremos trozos de metal, vidrio azulejos, cartones, maderas, etc
Usando el mismo montaje que en el experimento anterior, fije ambos tubos en un ángulo de 45°. Usando el osciloscopio mida la amplitud del sonido que se refleja en distintos materiales. Compare madera, vidrio, lata, azulejo, genero, goma, etc. y determine cual de ellos refleja mejor el sonido.
Observación : ya que el tono generado va a ser el mismo en todos los casos, claramente se distinguen materiales que reflejan muy bien el sonido, como el azulejo, los metales, etc, y otros que lo absorben, como el género, algodón, etc.
4.1 Resultados obtenidos en el segundo montaje
Para esta experiencia hemos seguimos en las mismas condiciones que en la anterior.
El proceso que seguimos fue el siguiente:
Emitimos un tono simple a una frecuencia de 1KHz a través de un altavoz que a su vez estaba orientado al tubo fijo.
Después con ayuda de un micrófono fuimos recogiendo las grabaciones obtenidas desde el otro tubo usando diferentes tipos de materiales comunes que podemos encontrar por casa, todos ellos con la superficie lisa, para estar en igualdad de condiciones.
Las grabaciones se pasaron a representaciones con respecto al tiempo gracias al programa Adobe Audition 1.0.
Nota: Tanto los sonidos obtenidos como las imágenes correspondientes a cada uno pueden verse en la tabla de abajo, así que para una mejor comprensión id echando un vistazo mientras seguís leyendo.
Si observamos con detenimiento las imágenes podemos observar el efecto que produce la absorción de los materiales. Con los materiales con mayor coeficiente de absorción (y por lo tanto, menor coeficiente de reflexión) reflejaran unas ondas muy tenues, unas muestras con poca amplitud, mientras que los materiales con menor coeficientes de absorción reflejaran una mayor energía de la onda original, todos los materiales absorben algo aunque sea poco.
En nuestro caso, el cristal y la chapa, muestran una onda casi igual, bastante potente, esto es debido a que son materiales con coeficientes de reflexión altos, apenas absorben. Luego le seguiría el cartón, en el que se ve una onda más tenue, luego la madera, que es algo más absorbente, pero muy poco, casi no se nota, y por ultimo en el que se ve clarísimo, el cojín (estaríamos hablando del algodón). El algodón es un material muy absorbente, se puede hacer muy fácilmente la prueba de coger un cojín, ponértelo en la boca e intentar gritar, veras como en comparación con el grito que pegarías sin cojín, apenas oyes nada.
De todas formas, en ninguno de los materiales ya sean mas o menos absorbentes hemos obtenido el 50% de la señal original. Esto es debido a las numerosas pérdidas por atenuación (ya que estamos hablando de una onda de 1KHz, que ya empieza a ser una frecuencia alta y se atenua mas que las bajas), en las reflexiones de los tubos y el propio sistema de recepción.
Así que teóricamente, en orden de mayor a menor absorción, tendríamos el algodón, la madera, el cartón, y la chapa junto con el cristal por igual.
A partir de las imágenes y fijándonos en las amplitudes hemos podido elaborar la siguiente tabla con la que nos podemos hacer una idea de la capacidad de reflexión en tanto por ciento (%)
Material | % de señal | % absorbido | |
Chapa | 41,1 | 58,9 | |
Cristal | 41,1 | 58,9 | |
Cartón | 32,3 | 67,7 | |
Madera | 29,4 | 70,6 | |
Algodón | 13,9 | 86,1 | |
Aparecen las mismas fluctuaciones en amplitud que en la experiencia anterior, que como ya explicamos son debidas a las reflexiones dentro de los tubos. Y evidentemente en cuanto a frecuencia, sigue siendo la de 1KHz puesto que no varía al reflejarse.
Por ultimo, queríamos comprobar que pasaría si en vez de una superficie lisa, tuviéramos una superficie rugosa, así que probamos sobre una pared lisa, y una pared con gotelé, como era de esperar al no ser la superficie lisa, las ondas de mayor intensidad, las que coinciden con el ángulo incidente, salen reflejadas en todas direcciones, por lo tanto no se concentran en el tubo desde el que recogemos la señal, y por eso recogemos una onda mas tenue, porque no estamos captando todas las ondas que captaríamos si fuese una superficie lisa.
FIN
En conclusión podemos decir que el sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitida por un medio elástico, como el aire, los elementos necesarios para que el sonido pueda producirse son cualquier cuerpo que vibre a cierta frecuencia audible y un medio elástico que sirva de vehículo para que llegue a nuestros oídos y sea interpretado por nuestro cerebro.
La velocidad de propagación del sonido depende del medio en el que este se disperse ya sea el aire, el agua, gases y diferentes metales, en el aire cuando la temperatura sea inferior mayor será la velocidad de propagación.
Además con nuestro experimento podremos explicar y considerar nustro mejor concepto de sonido y de esta manera poder demostrar que los contenidos de reflección y de la unidad ya vista con nuestro profesor jefe, Sr Elías Figueroa dio frutos en sus alumnos. Esperamos que el informe y trabajo nuestro sea a gusto con las expectativas de nuestro profe.
Aprendimos que las superficies de reflexión influyen mucho en la misma.
Que no debemos exponernos a sonidos tan "fuertes" por tanto tiempo, (como audífonos.)
En nuestro entorno existen sonidos que no podemos percibir, pero que están ahí.
Los micrófonos son una fiel copia del oído humano y la evolución del cuerpo humano.
La contaminación ACÚSTICA no es solo por cosas externas, sino principalmente por la mano del hombre.
Una onda transporta energía y no materia.
También aprendimos que la propagación de la onda es relativa, para demostrar esta cualidad planteamos la siguiente situación (La luz del rayo llega primero que el trueno "sonido")
De esta forma y Concluimos nuestro informe esperamos que todo salga bien.
Alumnas del primer año medio "B" 2009 del Colegio Santa cruz.-
Enciclopedia Temática Interactiva Estudiantil. Jerez Editores. Impreso en España, 30 de Junio de 1997.
Videos de la National Geografic Channel
Enciclopedia Multimedia Microsoft® Encarta® 2008© 1993-2008 Microsoft Corporation. Artículos: Difracción, Interferencia, Movimiento Ondulatorio, Reflexión, Sonido, Óptica
Texto de estudios, mas puentes de las clases del profesor Elías Figueroa Colegio Santa cruz.
Enciclopedia Temática Interactiva Estudiantil. Jerez Editores. Impreso en España, 30 de Junio de 1997.
Texto de estudios Editorial Zig-zag año Edición 2007 "Primera unidad"
Sitio Web Wikipedia (es.wikipedia.org)
Sitio web "icarito"
Algunos videos de la BBC de Londres "ondas"
Sitio web argentino www.fisicanet.com.ar
Enciclopedia virtual de Cosar Editores año Edición2007
COEVALUACIÓN
En este informe existe un gran trabajo en el cual se trato de llenar el espacio nulo de nuestro cerebro el cual nos deja con un lindo 7 como nota para todos los integrantes.
Esperamos que este informe haya sido de su agrado profe.
Autor:
Tania Brevis
Skarlet Guti?rrez
Paula Salvo
Profesor: Sr. El?as Figueroa
Colegio Santa Cruz
Victoria
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