La velocidad de las ondas sonoras

I. Introducción

De los diferentes usos que se les puede dar a un transductor ultrasónico, ya sea para alarmas detecta intrusos, apertura automática de puertas y detectores traseros para automóviles, una de las aplicaciones más utilizadas es para medir distancia de objetos; esto se hace mediante el envío de ondas ultrasónicas que al rebotar con un objeto regresan al sensor y este calcula el tiempo que le llevo a la onda regresar y retorna un valor. [1]

Todo el proceso de generación del puso acústico, así como su envío, detección, procesamiento y calculo de la distancia se lleva acabo mediante un dispositivo de circuito lógico programable, en este caso un Arduino, que permite escribir programas sencillos y quemarlos en un PIC con mucha facilidad.

II. Marco Teórico

El sonido es una onda mecánica: la perturbación se propaga por la intervención de fuerzas mecánicas entre las partículas del medio. Tales pueden desplazarse a través de cualquier medio material. En los solidos pueden ser longitudinales o transversales; en cambio, en los líquidos son solo longitudinales, lo cual significa que las partículas del medio oscilan en la misma dirección en que se desplaza la onda.[2]

Cuando se habla de ondas sonoras por lo general se refiere a aquellas que fluctúan entre 20 y 20,000 Hz, el intervalo normal de audición humana. Mas sin embargo la acústica incluye las ondas mecánicas de todas las frecuencias, tanto vibraciones transversales como longitudinales en el caso de solidos, y las ondas en el aire que son estrictamente longitudinales. [2]

Las ondas sonoras viajan a través de cualquier medio material con una rapidez que depende de las propiedades del medio. A medida que las ondas sonoras viajan a través del aire, los elementos del aire vibran para producir cambios de densidad y presión a lo largo de la dirección del movimiento de la onda. Si la fuente de las ondas sonoras vibra sinusoidalmente, las variaciones de presión también son sinusoidales. [2]

Las ondas sonoras se dividen en tres categorías que cubren diferentes intervalos de frecuencia. 1) Las ondas audibles, que se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano. 2) Las ondas infrasónicas tienen frecuencias por debajo del intervalo audible. Los elefantes usan ondas infrasónicas para comunicarse mutuamente aun cuando estén separados por varios kilómetros. 3) Las ondas ultrasónicas tienen frecuencias por arriba del alcance audible. [2]

La rapidez de las ondas sonoras en un medio depende de la compresibilidad y la densidad del medio; si este es un liquido o un gas y tiene un modulo volumétrico B, y densidad ρ, la rapidez de las sondas sonoras en dicho media esta dada por la ecuación (1), donde la rapidez de la onda depende de una propiedad elástica del medio B, y una propiedad inercial del medio.

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