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Ondas y Sonido FISICA ERES LO QUE PIENSAS

2014 JULIANA RUIZ CNAE 06/01/2014


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1. Ondas Concepto de Onda………………………………………………………………………….3 Componentes de Onda……………………………………………………………………..3-4 Tipos de ondas ……………………………………………………………………………..4-5 2. Fenómenos ondulatorios Reflexión de las ondas ……………………………………………………………………..5 Refracción de las ondas ……………………………………………………………………6 Difracción de las ondas …………………………………………………………………..…8 Interferencia de las ondas…………………………………………………..……………….8 3. El sonido: Una onda longitudinal ¿Cómo se produce el sonido? …………………………………………………………….8 Cualidades del sonido ………………………………………………………………..……..9 Efecto Doppler……………………………………………………………………………..…10 Contaminación acústica …………………………………………………………………….10 Aplicaciones de ondas sonoras……………………………………………………………..10 4. La luz: Una onda transversal Naturaleza de la luz …………………………………………………………….……………10 Propagación de la luz ………………………………………………………………..………11 Reflexión de la luz …………………………………………………………………..………..11 Refracción de la luz ………………………………………………………………….……….11 Dispersión de la luz. Espectro…………………………………………………….………….11 El espectro electromagnético………………………………………………………….……..12

LA FISICA Y LAS ONDAS Y SONIDO


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INTRODUCCION El universo está regido por leyes físicas que de una u otra manera hacen que este se comporte como nuestra crea que es correcto, dichas leyes han nacido por la curiosidad innata del ser humano, de siempre buscar repuestas a enigmas que no han sido develados, y la pregunta que la mayoría de investigadores y científicos se han hecho es ¿Cómo FUNCIONA EL UNIVERSO?, bueno personalmente pienso que existe una ley que hace que las demás funcionen correctamente así como el universo en general , y esta es LA LEY DE LA ATRACCION. “El poder radica en uno mismo, la dificultad es saber encontrarlo.” Y esta frase abarca muchos aspectos en los que deberíamos centrarnos, la ley de la atracción puede hacer que nuestros pensamientos y deseos se hagan realidad pero no sabemos cómo emplear esta ley.


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“Hace algunos años el ayuntamiento de Monza, en Italia, prohibió a los propietarios de animales domésticos tener pececitos de colores en peceras redondeadas. El promotor de esta medida la justificó diciendo que es cruel tener a un pez en una pecera con las paredes curvas porque, al mirar hacia fuera, tendría una imagen distorsionada de la realidad. Pero ¿cómo sabemos que nosotros tenemos la visión verdadera, no distorsionada, de la realidad? ¿No podría ser que nosotros mismos estuviéramos en el interior de una especie de pecera curvada y nuestra visión de la realidad estuviera distorsionada por una lente enorme? La visión de la realidad de los pececillos es diferente de la nuestra, pero ¿podemos asegurar que es menos real? La visión de los pececillos no es como la nuestra pero, aun así, podrían formular leyes científicas que describieran el movimiento de los objetos que observan en el exterior de su pecera. Por ejemplo, a causa de la distorsión, los objetos que se movieran libremente, y que nosotros observaríamos en una trayectoria rectilínea, serían observados por los pececillos como si se movieran en una trayectoria curvada. Sin embargo, los pececillos podrían formular leyes científicas que siempre se cumplirían en su sistema de referencia distorsionado y que les permitirían hacer predicciones sobre el movimiento futuro de los objetos de fuera de la pecera. Sus leyes serían más complicadas que las formuladas en nuestro sistema de referencia, pero la simplicidad es una cuestión de gustos. Si los pececillos formularan tal teoría, deberíamos admitir que tienen una imagen válida de la realidad.” (Hawking, 2010). Tomando de referencia esta cita, se podría fácilmente afirmar que la realidad es un concepto subjetivo que puede variar de acuerdo a las condiciones y situaciones del observador, y así mismo dentro de los diferentes campos de la física con distintas perspectivas se puede sacar conceptos relacionados, pero diferentes de la realidad. ¿Pero si es verdadera la teoría del multiuniverso?, sin duda existirían muchas realidades simultaneas en la que cada observador las percibe la suya como real y correcta. En la física cuántica nuestro mundo es el producto de los pensamientos que en realidad son ondas. Entonces puede ser que si nuestro universo se creó por los anhelos de cada uno de los habitantes, nuestra vida individual también puede ser creada solo por pensamientos internos que inconscientemente tenemos, si esta teoría es confirmada podríamos crear nuestro propio destino ya que las leyes físicas se aplican para las ondas y como se advirtió anteriormente nuestros pensamientos pertenecen a este conjunto.


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Se ha tomado esta ley como una referencia para entrar al mundo de las ondas y el sonido ya que nuestros pensamientos son ondas, que no las podemos percibir pero que existen en algún lugar del universo. LAS ONDAS Los ondas pueden llegar a ser uno de los elementos más importantes en la vida diaria de un ser humano, la luz es una onda, el sonido es una onda, hasta nuestros pensamientos son ondas, pero conceptualmente se puede definir como una vibración que se propaga por un medio, que puede ser el aire, la luz, etc. Y las ondas son finitas, ósea tienen un principio y un final Sin embargo no transporta masa, las ondas tienen propiedades y componentes que a continuación se expondrán: COMPONENTES: •

LONGITUD DE ONDA.- es la que describe que tan larga es la onda entre dos puntos fijos que pueden ser las crestas o los valles se la representa con la letra griega  y se relaciona de forma inversa a la frecuencia, los seres humanos podemos escuchar una longitud de onda entre 2cm y 17 m.

PERIODO.- Es el tiempo que emplea una onda para realizar un recorrido completo entre dos puntos, también se define como el tiempo que tarda esta para realizar una vibración completa.

FRECUENCIA.- Es el número de oscilaciones que se efectúan en un intervalo de tiempo, cada ciclo que se efectúa en un segundo son los hercios que es la unidad de medida de esta característica de las ondas; los humanos podemos percibir frecuencias desde los 16 Hz hasta los 20000 Hz.

VELOCIDAD.- Es la rapidez con la que la onda se desplaza, pero esta depende del material con la que se propaga y sus cambios físicos como la temperatura, presión, densidad, etc. porque por ejemplo el sonido no puede desplazarse en el vacío.

AMPLITUD.- Se puede definir de varias formas por ejemplo es el punto máximo desde el punto de equilibrio hasta la cresta o valle (elongación) o también como el grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda.


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Para poder calcular cada valor de estas componentes es necesario realizar cálculos precisos para obtener el resultado.

El cuadro que presento a continuación relación las componentes de la onda:

FRECUENCIA FRECUENCIA

LONGITUD

PERIODO

TONO

INVERSAMENTE PROPORCIONAL

INVERSO A LA DIRECTAMENTE FRECUENCIA PROPORCIONAL

AMPLITUD

Las ondas cuando tienen un movimiento constante se denominan un tren de ondas. TIPOS DE ONDAS: •

LONGITUDINALES: Las partículas vibran en el mismo sentido de la propagación de la onda

TRANSVERSALES: Las partículas vibran perpendicularmente a la propagación de la onda

UNIDIMENSIONALES, BIDIMENSIONALES Y TRIDIMENSIONALES: Se propagan en una, dos y tres dimensiones respectivamente

MECANICAS: Se propagan a través de la materia

ELECTROMAGNETICAS: No necesitan un medio material

FENOMENOS DE UNA ONDA LA REFLEXION

INTENSIDAD

DIRECTAMENT PROPORCIONA


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En el estudio de las ondas también hemos tomado en cuenta los fenómenos que se presentar por los distintos factor que afectan a la onda uno de los más importantes es la reflexión Es el cambio de dirección de una onda, este cambio se produce cuando la onda choca con una superficie lisa, un ejemplo claro es el rayo de luz y un vidrio; sin embrago el medio de propagación no cambia cuando la onda sufre reflexión. Cuando la onda sufre este proceso tiene tres importantes componentes. La reflexión es un fenómeno muy importante porque si la luz no se reflejara en las cosas, no las veríamos.

Como se puede apreciar en la imagen la reflexión es aplicada en el campo de la tv ya que se emite unas ondas desde un punto hasta la ionosfera después este es como un medio donde la onda se refleja con el mismo ángulo y así la señal llega a nuestros hogares.

COMPONENTES: Angulo de incidencia.- Se lo representa con la letra i se; este ángulo al que está formado por el rayo incidente y por la normal, este se transformara al rayo reflejado. La Normal.- Es una línea recta imaginaria y perpendicular a la superficie de la separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo. Angulo reflejado.- Angulo que se forma por el rayo reflejado, este se forma a partir del ángulo de incidencia, ósea si no hay incidencia tampoco habrá reflexión.

LEYES QUE RIGEN LA REFLEXION:  El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano,

estando el rayo incidente y el reflejado en lados opuestos a la normal.  El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión


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También podemos comprobar esta ley solo con un graduador y con un software como se nos facilitó en los laboratorios anteriormente presentados. LA REFRACCION Se puede afirmar que la refracción es el desvió que sufre una onda porque pasa de un medio a otro en el cual la onda se propaga con distinta velocidad, Newton en el siglo XVII realizo investigaciones que le permitieron comprobar la refracción especialmente de la luz, Newton utilizo su modelo corpuscular y propuso que las partículas luminosas aumentan su velocidad cuando pasan de un ambiente poco denso (como el aire) a otro más denso (como el vidrio o el agua). Lo justificó planteando una atracción más fuerte de las partículas luminosas por el medio denso. Se ha de tener en cuenta que en el instante en que una partícula procedente del aire incide en sobre agua o vidrio, se debería ejercer sobre ella una fuerza opuesta a la componente de su velocidad perpendicular a la superficie y esto debería producir una desviación de la luz contraria a la observada en la luz, se indica que “ El modelo newtoniano da la luz podía explicar por qué la luz se desvía al pasar de un medio a otro, pero no consiguió explicar otro fenómeno que ahora llamamos «anillos de Newton»” (Hawking, 2010). Sin embargo la refracción no se presenta solo en la luz sino también en el sonido, en este proceso la frecuencia de la onda se mantiene, al aumentar la velocidad aumenta su longitud de onda y viceversa, según otros datos se muestra que se comprueba que la desviación de la dirección de propagación tiene lugar en sentido contrario cuando la onda viaja de un medio donde su velocidad de propagación es menor a otro en el que es mayor.

COMPONENTES: •

RAYO INCIDENTE.- Es el rayo que origina la refracción es como el rayo origen

RAYO REFRACTADO.- Este rayo se produce cuando el rayo incidente pasa de un medio a otro como se explicó anteriormente


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ANGULO DE INCIDENCIA.- Es aquel que está formado por el rayo incidente y la normal

ANGULO DE REFRACCION.- Del concepto anterior se puede deducir que el ángulo de incidencia se forma del rayo incidente y de la normal

INDICE DE REFRACCION.- Es la velocidad de la luz al vacío dividido para la velocidad de la luz en medio para comprobar las leyes que se expondrán a continuación se plantean dos índices de refracción representados n1 (primer medio) y n2 respectivamente (segundo medio).

IMPORTANTE: Cuando el índice de refracción aumenta, la velocidad y la longitud de onda disminuyen LEYES QUE RIGEN LA REFRACCION: LEY DE SNELL: La ley de Snell se relaciona estrechamente con los índices de refracción y con las direcciones de propagación de las ondas o rayos. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal está en el mismo plano, por lo tanto se r sin ¿ relacionan y obtenemos que . n 1 ( sin i )=n2 ¿

Donde n1 es el medio por donde se propaga el rayo incidente y n2 es el medio por el que se propaga el rayo refractado. Existen 2 casos que los comprobaremos en el siguiente informe: CASO 1: Cuando el rayo pasa de un medio con propagación rápido, a un medio con propagación más lento como se presentara a continuación, entonces aquí se dice que n1>n2 CASO 2: Este es el caso contrario al caso 1 ósea cuando el rayo pasa de un medio de propagación más lento a un medio de propagación más rápido aquí se dice en cambio que n1<n2 Estas leyes también las podemos comprobar con una formula muy simple:


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r sin ¿ n 1 ( sin i )=n2 ¿ Donde la letra n representa los medios por los cuales la onda se propaga, i es el rayo incidente y r es el rayo refractado. DIFRACCION.- Este fenómeno se presenta cuando a una onda plana se le interpone un obstáculo como barrera con una abertura aquí las ondas sufre un cambio: una pequeña curvatura alrededor de dichos obstáculos, por este anterior fenómeno es que podemos escuchar detrás de las paredes y por obstáculos. INTERFERENCIA DE ONDAS.- Este fenómeno está vinculado a un principio de sobre posición de ondas donde se afirma que se puede cambiar la ruta de las ondas pero no se altera su amplitud, ni su frecuencia tampoco su fase. EL SONIDO Voy a exponer un poco de materia a cerca del sonido ya que este es una onda se propaga por el aire y tiene la capacidad de transportar energía que llega a nuestros oídos en forma de vibración y por esto escuchamos todo lo que está a nuestro alrededor. El sonido se produce cuando por ejemplo las cuerdas vocales, o un instrumento o cualquier objeto vibre y eso se transporta de la misma forma a nuestro oído, el sonido es una vibración imperceptible y este se propaga pero no se transporta, la velocidad del sonido y de cualquier onda en general depende de la presión y la densidad que tenga el medio. El sonido también posee velocidad sin embargo este en más lento que la velocidad de la luz, por esta razón primero vemos un trueno antes de escucharlo. Pero también depende del medio la rapidez con la que este se propaga en los sólidos, el sonido se propaga más rápido que en los líquidos y la propagación más lenta se da en los gases esto es porque la fuerza de cohesión de los gases es menos al de un sólido, lo que quiere decir que las partículas están menos próximas unas de otras en los gases, esta es la razón por la cual es más lenta la propagación


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Como se advirtió anteriormente la curiosidad de hombre ha superado los límites de la imaginación y lo ha llevado a un plano real, hace unos 300 años Newton intento medir el sonido con un péndulo, sus cálculos no fueron exactos pero poco a poco lo fue mejorando hasta llegar a un resultado común. El sonido es una de los más importantes elementos para la comunicación humana a través de este podemos escuchar y entender los mensajes de otras personas, como dialogo sino también en la música, pero una pregunta muy corriente es ¿Cómo es que funciona la acústica?, si nos ponemos a observar las ondas en una canción son muy regulares, pero como hacen esto los artistas y productores, bien esto es cuestión de la acústica. Esta es la rama en física que se encarga de estudiar los fenómenos y características del sonido, y es así que adecuan a los instrumentos de la mejor manera para que llegue un sonido agradable al oído del ser humano, la imagen presenta las ondas en una canción, como se puede observar que son homogéneas y no se observa ninguna relevancia entre ondas. CUALIDADES DEL SONIDO: LA INTENSIDAD.- Se conoce cotidianamente como volumen, físicamente se define como la cantidad de potencia que tiene un sonido que se transfiere por una onda TONO.- Es una propiedad importante del sonido, es como la frecuencia en las ondas, este determina si el sonido el agudo y grave TIMBRE.- Los considero como una huella dactilar de lada sonido, ya que existen diferentes timbre que hacen que el sonido se diferencie de otro RESONANCIA.- Se puede definir como la capacidad de un cuerpo para hacer vibrar a otro, el ejemplo más común es la copa rota por medio de la voz del cantante. REFLEXION DEL SONIDO.- Este fenómeno se da como el ya explicado anteriormente, la onda llega al mismo medio, con el mismo angulo a su medio de propagación original. ECO.- E eco se puede definir como una onda reflejada, ya que el sonido choca con un objeto u obstáculo como una pared y después retorna otra vez a nuestro oído.


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REVERVERACION.- Al contrario del eco la reverberación es una onda reflejada y físicamente se define como una ligera prolongación del sonido pero no es lo mismo que el eco.

EFECTO DOPPLER Es un fenómeno en el cual la longitud de onda que percibe en oyente varía según la movilidad de la fuente del sonido, para entender mejor en la imagen se muestra un claro ejemplo el oyente A no escucha la misma frecuencia que el oyente B, mientras más se acerca al punto B las ondas se hacen más próximas. LA CONTAMINACION ACUSTICA La contaminación acústica, hace que las personas y animales que reciben la misma tengas leves o graves alteraciones en su cuerpo, esta se da principalmente por el ruido que provocan los autos, fabricas, las mismas personas, etc., este ruido se da porque los todos los elementos del sonido de unos vehículos con otros son distintos, al igual que el de las personas, la llamada bulla no es más que el ruido que se produce al combinas diferentes todos y timbres de voces humanas. APLICACIONES DE LAS ONDAS SONORAS Las ondas tienen diferentes aplicaciones la más conocida sin duda es la industria musical y todos sus instrumentos donde interviene la electroacústica, un dato interesante es que en arquitectura también intervienen las ondas sonoras ya que los arquitectos tienen que diseñar estructuras para que el eco por ejemplo no se produzca, las iglesias lleven el principio de las cúpulas para que el sonido sea absorbido por las mismas y que no se produzca eco. También interviene en el campo de la medicina con los ultrasonidos, la ecografía, el estudio de aparato auditivo, etc. LA LUZ UNA ONDA TRANSVERSAL Naturaleza de la Luz Es un tipo de energía que algunos cuerpos poseen naturalmente, también es una onda que se propaga a una velocidad mayor que la del sonido, la luz está constituida por


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fotones que no son más que partículas que componen la luz, esta se transporta por ondas electromagnéticas, por ejemplo los colores no son más que luz que está descompuesta ya que la luz blanca es la combinación de siete colores.

PROPAGACION DE LA LUZ Al igual que en el sonido la propagación de la luz depende del medio donde ejerza esta acción, la velo0cidad de la luz es más rápida que la del sonido, la luz tiene varia propiedades de propagación que voy a explicar a continuación con un ejemplo cotidiano: Encender una bombilla: En ese mismo instante toda la habitación se ilumina esto quiere decir que la luz viaja a una velocidad impresionante, En ese mismo momento también vemos que todo el cuarto se ilumina y es que la luz se propaga en todas las direcciones a menos que haya un objeto de por medio ahí se produce una sombra. REFLEXION DE LA LUZ Al igual que el sonido la luz también sufre reflexión esto quiere decir que la luz regresa al mismo medio de dónde provino porque ha “colisionado” con otro medio que no le permitió pasar, aquí se aplica un principio llamado EL PRINCIPIO DE FERMAT: “La luz al propagarse siempre lo hará por el camino más corto y que le lleve menos tiempo”, y esta es la razón por la cual en la reflexión el rayo reflejado y en rayo incidente poseen el mismo ángulo. REFRACCION DE LA LUZ La luz es una onda y debido a la naturaleza de esta las layes tampoco cambian la ley de Snell en el caso I y II como se explicó anteriormente (ver refracción de ondas pág. :5,6) DISPERCION DE LA LUZ La dispersión de la luz no es más que la descomposición de la misma: Cuando se interpone en medio del rayo de luz un prisma, por ejemplo, el rayo incidente se descompone en 7 colores en forma de franjas como se puede observar en la imagen,


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estos son el naranja, amarillo, rojo, azul, índigo, violeta y verde. En términos técnicos la dispersión es la separación de las ondas cuando atraviesan por materiales diferentes. Este fenómeno fue descubierto por Isaac Newton el 1666, esto nos lleva a una conclusión, la luz blanca no es más que la combinación de varios colores. Aquí se encuentra un componente importante q se denomina espectro este es el conjunto de rayos de distintos colores que se forman cuando se produce la dispersión. ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Se puede definir como todas los longitudes de onda de emisiones electromagnéticas, es un conjunto de ondas de mayor longitud (microondas) a unas con menor longitud (rayos gamma)


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