SONIDO Y EL OÍDO

Ondas sonoras
1. Las ondas sonoras más sencillas son las senoidales, las cuales tienen la frecuencia, la amplitud y la longitud de onda completamente especificadas
2. El oído humano es sensible a las ondas en el intervalo de frecuencias de 20 a 20,000 Hz, llamada gamma audible,
3. Las ondas sonoras suelen dispersarse en todas direcciones a partir de la fuente sonido
4. pero también usamos el término sonido para ondas similares con frecuencias
  1. mayores (ultrasónicas
  2. menores (infrasónicas)
5. Ondas sonoras como fluctuaciones de presión
  1. términos de variaciones de presión en diversos puntos.
    1. En una onda sonora senoidal en aire, la presión fluctúa por arriba y por debajo de la presión atmosférica
  2. el oído humano funciona detectando tales variaciones de presión
6. Percepción de ondas sonoras
  1. Las características físicas de una onda sonora tienen una relación directa con la percepción de ese sonido por un receptor
    1. volumen
      1. A una frecuencia dada, cuanto mayor sea la amplitud de presión de una onda sonora senoidal, mayor será la intensidad del sonido al cual se le suele llamar, así que mayor será
    2. tono
      1. cualidad que nos permite clasificarlo como “agudo” o “grave
    3. timbre
      1. La diferencia se llama color de tono, calidad o
    4. ruido
      1. una combinación de todas las frecuencias, no sólo las que son múltiplos enteros de una fundamental.
Rapidez de las ondas sonoras
2. Una onda sonora en un volumen de fluido causa compresiones y expansiones del fluido, de modo que el término de fuerza de restitución de la expresión anterior debe tener que ver con lo fácil o difícil que es comprimir el fluido
3. Según la segunda ley de Newton, la inercia está relacionada con la masa. Lo “masivo” de un fluido se describe con su densidad r, que es masa por unidad de volumen
4. Rapidez del sonido en un fluido
  1. Propagación de una onda sonora en un fluido confinado en un tubo. a) Fluido en equilibrio. b) Un tiempo t después de que el pistón comienza a moverse a la derecha con rapidez vy, el fluido entre el pistón y el punto P está en movimiento. La rapidez de las ondas sonoras es v.
  2. Momento lineal longitudinal
    1. calculamos el aumento de presión, Dp, en el fluido en movimiento. El volumen original de este fluido, Avt, disminuyó en una cantidad Avyt. Por la definición del módulo de volumen B, ecuación
5. Rapidez del sonido en un sólido
  1. Si una onda longitudinal se propaga en una varilla o barra sólida, la situación es un tanto diferente
    1. La varilla se expande un poco a los lados cuando se comprime longitudinalmente; en tanto que un fluido en un tubo con sección transversal constante no puede hacerlo
  2. para obtener la rapidez de ondas sonoras en el aire, debemos tener presente que el módulo de volumen de un gas depende de la presión del gas:
    1. cuanto mayor sea la presión que se aplica a un gas para comprimirlo, mayor resistencia opondrá el gas a una compresión ulterior, y mayor será su módulo de volumen
  3. imagen tridimensional de un feto en la matriz se obtuvo mediante una sucesión de exploraciones con ultrasonido. Cada exploración revela una “rebanada” bidimensional del feto; después, se combinaron digitalmente muchas de esas rebanadas para producir esta extraordinaria imagen.
Intensidad del sonido
1. Las ondas sonoras viajeras, al igual que todas las ondas viajeras, transfieren energía de una región del espacio a otra
2. la intensidad de una onda sonora en términos de la amplitud de desplazamiento A o la amplitud de presión pmáx.
3. Intensidad y amplitud de desplazamiento
4. Intensidad y amplitud de presión
  1. Suele ser más útil expresar I en términos de la amplitud de presión pmáx. Usando la ecuación y la relación v 5 vk
5. La escala de decibeles
  1. El nivel de intensidad de sonido b de una onda sonora está definido por la ecuación
  2. la tabla da los niveles de intensidad de sonido en decibeles de varios sonidos comunes
Ondas sonoras estacionarias y modos normales
1. Cuando ondas longitudinales se propagan en un fluido dentro de un tubo con longitud finita, se reflejan en los extremos igual que las ondas transversales en una cuerda
2. La superposición de las ondas que viajan en direcciones opuestas forma también una onda estacionarias
  1. pueden servir para crear ondas de sonido en el aire circundante
    1. Éste es el principio de operación de la voz humana y de muchos instrumentos musicales, incluidos los de viento de madera y de metal, y los órganos
3. nodo de desplazamiento y antinodo de desplazamiento
  1. puntos donde las partículas del fluido tienen cero desplazamiento y máximo desplazamiento, respectivamente
4. Demostración de ondas sonoras estacionarias con un tubo de Kundt. El sombreado azul representa la densidad del gas en un instante en que la presión del gas en los nodos de desplazamiento es máxima o mínima.
5. En una onda sonora estacionaria, un nodo de desplazamiento N es un antinodo de presión (un punto en el que la fluctuación de la presión es máxima) y un antinodo de desplazamiento A es un nodo de presión (un p
6. Tubos de órganos e instrumentos de viento
  1. La aplicación más importante de las ondas sonoras estacionarias es la producción de tonos musicales con instrumentos de viento.
    1. Los tubos de órgano son uno de los ejemplos más sencillos
      2. Un tubo de órgano abierto en ambos extremos se llama tubo abierto
        La frecuencia fundamental f1 corresponde a un patrón de onda estacionaria con un antinodo de desplazamiento en cada extremo y un nodo de desplazamiento en medio
        . La distancia entre antinodos adyacentes siempre es media longitud de onda que, en este caso, es igual a la longitud L del tubo
        Corte transversal de un tubo abierto en el que se muestran los primeros tres modos normales.
        Corte transversal de un tubo cerrado que muestra los primeros tres modos normales, así como los nodos y antinodos de desplazamiento. Sólo son posibles armónicos impares.
Resonancia
1. Muchos sistemas mecánicos tienen modos normales de oscilación
2. todas las partículas del sistema oscilan en movimiento armónico simple con la misma frecuencia que la del modo
3. odas las partículas del sistema oscilan en movimiento armónico simple con la misma frecuencia que la del modo
4. Interferencia de ondas
  1. Los fenómenos ondulatorios que se presentan cuando dos o más ondas se traslapan en la misma región del espacio se agrupan bajo el concepto de interferencia
    1. Dos altavoces alimentados por el mismo amplificador. Hay interferencia constructiva en el punto P, e interferencia destructiva en el punto Q
    2. Dos altavoces, alimentados por el mismo amplificador, que emiten ondas en fase. Sólo se muestran las ondas dirigidas hacia el micrófono, y se han separado por claridad
5. Pulsos
  1. Los pulsos son fluctuaciones de la amplitud producidas por dos ondas sonoras con pequeñas diferencias de frecuencia
    1. Ondas individuales
    2. Onda resultante
  2. La variación de amplitud causa variaciones de volumen llamados pulsos, y la frecuencia con que varía el volumen es la frecuencia del pulso
El efecto Doppler
1. Cuando una fuente de sonido y un receptor están en movimiento relativo, la frecuencia del sonido oído por el receptor no es el mismo que la frecuencia fuente
2. Se presenta un efecto similar con las ondas de luz y radio; volveremos a esto más adelante en esta sección
3. Receptor en movimiento
  1. Un receptor que se mueve hacia una fuente estacionaria oye una frecuencia más alta que la frecuencia fuente, porque la rapidez de la onda relativa al receptor es mayor que la rapidez de la onda relativa al medio v.
    2. Fuente en movimiento y receptor en movimiento
      1. Las crestas de ondas emitidas por una fuente móvil se juntan al frente de la fuente (a la derecha en este caso) y se separan detrás (a la izquierda aquí)
Ondas de choque
1. . El movimiento del avión en el aire produce sonido; si vS es menor que la rapidez del sonido v, las ondas delante del avión se apretarán con una longitud de onda dada por la ecuació
  1. Conforme la rapidez del avión vS se acerca a la rapidez del sonido v, la longitud de onda se acerca a cero y las crestas de la onda se apilan
    1. El avión debe ejercer una fuerza grande para comprimir el aire frente a él; por la tercera ley de Newton
      1. por lo tanto, hay un aumento considerable en el arrastre aerodinámico (resistencia del aire) conforme el avión se acerca a la rapidez del sonido; se trata de un fenómeno llamado “barrera del sonido”
        Cuando vS es mayor en magnitud que v, la fuente del sonido es supersónica
        Cuando vS es mayor en magnitud que v, la fuente del sonido es supersónica
        Podemos ver que las crestas circulares se interfieren constructivamente en puntos a lo largo de la línea azul que forma un ángulo a con la dirección de la velocidad del avión, dando lugar a una cresta de onda de amplitud muy grande sobre la línea
        onda de choque
2. Una fuente de sonido que se mueve con rapidez vS mayor que la del sonido v crea una onda de choque. El frente de onda es un cono con ángulo a

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