Sonido En física

Introducción

Uno de los temas que estudia la física es el movimiento ondulatorio y un ejemplo de este movimiento es el sonido.

Todos nos relacionamos a través del sonido pero nunca imaginamos que fuera una onda viajando.

En este proyecto hablaremos sobre el sonido ¿Qué es el sonido?

Cuando se produce una perturbación periódica en el aire, se originan ondas sonoras longitudinales. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. El oído, que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido.

Sonido:

El término sonido se usa de dos formas distintas. Los fisiólogos definen el sonido en término de las sensaciones auditivas producidas por perturbaciones longitudinales en el aire. Para ellos, el sonido no existe en un planeta distante. En física, por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por sí mismas y no a las sensaciones que producen.

Sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico.

En este caso, el sonido existe en ese planeta. El concepto de sonido se usará en su significado físico.

Ondas Sonoras

Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica ocuasiperiódica. Mecánicamente las ondas sonoras son un tipo de onda elástica.

Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a las que se encuentren en su vecindad, provocando un movimiento en cadena. Esa propagación del movimiento de las moléculas del medio, producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

¿Cómo funciona el oído?

Las ondas sonoras se propagan por el espacio, en primer lugar, por nuestras orejas, que las transmiten por los conductos auditivos externos hasta que chocan con el tímpano, haciéndolo vibrar. Estas vibraciones generan movimientos oscilantes en la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo), los que son conducidos hasta el perilinfa del caracol. Aquí las ondas mueven los cilios de las células nerviosas del Órgano de Corti que, a su vez, estimulan las terminaciones nerviosas del nervio auditivo. O sea, en el Órgano de Corti las vibraciones se transforman en impulsos nerviosos, los que son conducidos, finalmente, a la corteza cerebral, en donde se interpretan como sensaciones auditivas. Como también se puede mandar al cerebro para dar la señal de los sonidos que generan las ondas sonoras.

Decibeles

El decibelio (en España) o decibel (Latinoamérica 2), símbolo dB, es la unidad relativa empleada en acústica, electricidad, telecomunicaciones y otras especialidades para expresar la relación entre dos magnitudes: la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

Con mayor frecuencia se emplea para relacionar magnitudes acústicas, pero también es frecuente encontrar medidas en decibelios de otras magnitudes, por ejemplo las eléctricas o las lumínicas.

El decibelio es una unidad logarítmica, adimensional y matemáticamente escalar. Es la décima parte de un belio (símbolo B3), El belio recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell.

200 dB Bomba atómica similar a Hiroshima y Nagasaki

180 dB Explosión del Volcán Krakatoa. Cohete en Despegue

140 dB Umbral del dolor

130 dB Avión en despegue

120 dB Motor de avión en marcha

110 dB Concierto / acto cívico

100 dB Perforadora eléctrica

90 dB Tráfico / Pelea de dos personas

80 dB Tren

70 dB Aspiradora

50/60 dB Aglomeración de gente / Lavaplatos

40 dB Conversación

20 dB Biblioteca

10 dB Respiración tranquila

0 dB Umbral de audición

Propagación del sonido

El sonido es una vibración, como tal, se puede dar en cualquier medio material, sólido, líquido o gaseoso como el aire. En cada medio, se propaga a una velocidad diferente, principalmente en función de la densidad. Cuanto más denso sea el medio, mayor será la velocidad de propagación del sonido. En el vacío, el sonido no se propaga, al no existir partículas que puedan vibrar.

En el aire, el sonido se propaga a una velocidad aproximada de 343 m/s (metros por segundo). Esta velocidad puede variar con la densidad del aire, afectada por factores como la temperatura o la humedad relativa. En cualquier caso, para distancias de decenas de metros las variaciones son mínimas.

En el agua, un valor típico de velocidad del sonido son 1500 m/s (el agua es más densa que el aire). En el agua, la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad y sí hay que tenerlos en cuenta. La propagación del sonido en el agua, es el fundamento de los SISTEMAS DE SONAR utilizados en barcos y submarinos para detectar obstáculos u objetivos y envío de datos codificados. Para aplicaciones sonar las frecuencias que se utilizan corresponden a los ultrasonidos.

En materiales metálicos, el sonido se propaga a velocidades superiores a las anteriores, por ejemplo, en el acero el sonido se propaga a una velocidad en torno a 5000 m/s. En materiales sólidos se utiliza el sonido y las propiedades de reflexión para detectar fallas estructurales y grietas, sin necesidad de tener acceso a toda la estructura. Por ejemplo en una viga, bastará con acceder a una de sus terminaciones para poder conocer su estado, empleando ultrasonidos y ecogramas.

Divergencia esférica: el nivel de presión disminuye conforme el sonido se propaga. Cuando el frente de onda es esférico, en la mayoría de los casos, el nivel de presión cae 6 dB por cada vez que se duplica la distancia. Estas se llaman pérdidas por divergencia esférica. Si por ejemplo se mide el NPS que produce una excavadora a cinco metros y este es de 100 dB, podremos decir que a 20 m el NPS será de 88 dB, y a 40 m serán 82 dB.

Cuando el frente de onda es plano, no hay pérdidas por divergencia. Un ejemplo de este tipo de propagación se da en la propagación del sonido por el interior de una tubería.

La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura, densidad, humedad, entre otros.

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