jueves, 9 de febrero de 2012

Lectura 4: EL SONIDO

El hecho de que el sonido sea generado por ondas mecánicas, explica por qué los animales podemos emitir y escuchar sonidos, además de poder diferenciar entre ellos. El hombre, también ha utilizado esta característica del sonido para lograr avances tecnológicos como las ecografías y el sonar, además de diversos tipos de expresión como la música.

EL SONIDO

La experiencia cotidiana nos indica que el sonido es un fenómeno ondulatorio. Cuando golpeamos la membrana de un tambor se generan en ella unas vibraciones que se transmiten a las moléculas de aire con las que está en contacto. Las moléculas del aire, al vibrar en la misma dirección en la que se propaga el sonido, producen unas zonas de compresión, donde de forma instantánea se concentra un mayor número de partículas y unas zonas de dilatación en las que momentáneamente ese número es menor.

¿CÓMO ESCUCHAMOS EL SONIDO?

Los sonidos son producidos por ondas longitudinales que, al llegar a nuestro oído, hacen que vibre la membrana del tímpano. Esta vibración se trasmite por una cadena de huesecillos hasta el caracol. En el interior del caracol, se encuentran unas células que transforman este movimiento en impulsos nerviosos que llegan al cerebro a través de los nervios auditivos, produciendo así la sensación sonora.

LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO

La propagación del sonido tiene las siguientes características:

  • El sonido NO se propaga en el vacío.
  • El sonido necesita un medio material para propagarse.
  • La velocidad del sonido depende del medio en el que se propaga
  • El sonido transporta energía al propagarse. Esta energía es la que nos permite oír los sonidos
¿CÓMO SE DISTINGUEN LOS SONIDOS?

Las ondas sonoras se propagan en todas las direcciones a partir del foco sonoro o lugar donde se producen. Esto quiere decir que los frentes de onda producidos son esferas concéntricas cuyo centro es el foco.

Debido a esto, en un solo instante muchas ondas llegan a tus oídos.

Las propiedades del sonido que hacen, posible que distingas de dónde proviene, de qué tipo es, etc., son tres: la intensidad, el tono el timbre.

  • La intensidad de un sonido indica la cantidad de energía de las ondas, es decir, la magnitud de la vibración. Según su intensidad, los sonidos pueden ser fuertes (alta intensidad), o débiles (baja intensidad).
  • El tono se refiere a la frecuencia de la onda sonora. Según su tono, los sonidos pueden ser agudos (alta frecuencia), o graves (baja frecuencia).
  • El timbre depende de la forma de la onda sonora, nos permite diferenciar entre sonidos emitidos por dos focos diferentes, por ejemplo, un violín y un piano, aunque estos tengan la misma intensidad y, el mismo tono.
LA REFLEXION DEL SONIDO

Cuando las ondas sonoras chocan contra un obstáculo, rebotan en él e invierten su dirección. Este fenómeno se llama reflexión del sonido. Gracias a esta propiedad podemos escuchar sonidos que se producen detrás de nosotros.

El oído humano es capaz de diferenciar dos sonidos que se reciben con 0,1 segundos de diferencia. Cuando el sonido reflejado tarda más de 0,1 s en regresar a nuestros oídos, escuchamos el sonido varias veces. A este fenómeno se le llama eco.

APLICACIONES DE LAS ONDAS SONORAS

INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS

Los humanos sólo podemos percibir ondas cuyas frecuencias estén comprendidas entre 20 y 40.000 Hz. Los sonidos con frecuencia inferior a 20 Hz se llaman infrasonidos, y los que tienen frecuencias mayores a 40.000 Hz se llaman ultrasonidos. Los ultrasonidos tienen aplicaciones en muchos campos:

En medicina, una de las principales aplicaciones la constituye la exploración interna del cuerpo mediante el ecógrafo. El ecógrafo es un aparato emisor de ultrasonidos, los cuales, al llegar a los órganos internos del cuerpo, son reflejados y captados nuevamente por el ecógrafo. A diferencia de otras ondas, como los rayos X, el ultrasonido es inofensivo para el paciente por lo cual no existen límites en el tiempo de duración del examen.

En navegación, un dispositivo empleado en la exploración de las profundidades de los océanos es el sonar. Este, al igual que el ecógrafo, también emite ultrasonidos los cuales, al reflejarse contra los objetos en las profundidades del mar, permiten su localización. El tiempo que tardan las ondas en regresar al sonar permite conocer la distancia o profundidad a la cual se encuentra el objeto.

LA VOZ HUMANA

La producción de la voz es un proceso natural que involucra al sistema respiratorio, el cerebro y-las estructuras de articulación y resonancia de la boca y la cavidad nasal.

El lenguaje incluye dos funciones mecánicas: la fonación y la articulación.

  • La fonación. Es la producción de una vibración audible o sonido. Esta etapa es llevada a cabo por la laringe la cual actúa como un vibrador. Los elementos, vibradores son las cuerdas vocales, pliegues a lo largo de las caras laterales de la laringe, que son estiradas y movidas por varios músculos propios de su estructura.

    Al hablar, las cuerdas vocales vibran lateralmente por el paso del aire a través de ellas. Un sonido vocal se produce cuando el aire procedente de los pulmones es forzado a través de la glotis durante la espiración, haciendo vibrar las cuerdas, vocales. La frecuencia de la vibración se puede cambiar de dos maneras:

    • Por estiramiento o relajación de las cuerdas vocales.
    • Por variación del volumen de los bordes de las cuerdas vocales

    Para que puedas observar mejor el fenómeno vibratorio que produce la voz humana, coloca tus dedos en la garganta y habla en voz alta. Sentirás la vibración de las cuerdas sonoras al producir cada sonido.

  • La articulación. Es la segunda fase de la producción del habla, y consiste en la producción de diferentes sonidos por medio de varios órganos móviles, o articuladores activos, que son: la lengua, el paladar blando y los labios. Gracias a la acción conjunta de estos órganos podemos producir una amplia gama de sonidos.

    Existen otros órganos que no se mueven y reciben el nombre de articuladores pasivos. Entre ellos están los dientes superiores (usados para producir el sonido de la c) y las protuberancias de detrás de los dientes superiores, que sirven para producir sonidos como la t.

EL MICRÓFONO

Un micrófono es un aparato que convierte el sonido en una corriente eléctrica, es decir, transforma la energía sonora en energía eléctrica, consta de una membrana metálica situada entre los dos polos de un imán y conectada a un cable conductor.

Cuando se emite un sonido frente a un micrófono, la membrana metálica vibra y este movimiento junto con la acción del imán, produce una corriente eléctrica que se transmite por el cable. La corriente así formada es más intensa cuanto más fuerte es el sonido; es decir, esa corriente es una imagen viva del sonido que la produce.

El cable del micrófono por lo general, termina en un altavoz que reproduce y amplifica el sonido.

Taller de lectura 4:
  1. ¿Qué es el sonido?
  2. ¿Qué son zonas de compresión y zonas de dilatación?
  3. ¿por qué tipo de ondas son producidos los sonidos?
  4. Describa la manera como funciona el oído
  5. Escriba las cuatro características del sonido
  6. ¿Cuáles son las propiedades o cualidades del sonido?
  7. ¿Qué indica la intensidad de un sonido?
  8. ¿A qué se refiere el tono del sonido? ¿Cómo se clasifican los sonidos según el tono?
  9. ¿De qué depende el timbre de una onda sonora? De ejemplos
  10. ¿Qué pasa con las ondas sonoras cuando chocan contra un obstáculo? ¿Cómo se llama este fenómeno?
  11. ¿Qué es el eco?
  12. ¿Cuáles son las frecuencias de las ondas sonoras que los humanos podemos percibir?
  13. ¿Qué son los infrasonidos y los ultrasonidos?
  14. ¿Cuáles son las aplicaciones de los ultrasonidos en medicina y en navegación?
  15. ¿Qué sistemas están involucrados en la producción de la voz?
  16. ¿Qué es la fonación? ¿Cuáles son los elementos vibradores?
  17. ¿Cómo se produce un sonido vocal?
  18. ¿Cómo se puede cambiar la frecuencia de vibración de las cuerdas vocales?
  19. ¿Qué es la articulación y en qué consiste?
  20. ¿Cuáles son los órganos articuladores activos?
  21. ¿Cuáles son los órganos articuladores pasivos?
  22. ¿Qué es un micrófono, cómo está formado y cómo funciona?
Lectura 3: ENERGÍA Y MOVIMIENTO ONDULATORIO

La energía es la que permite que un sistema o un cuerpo realicen un trabajo, como por ejemplo en el movimiento ondulatorio. En este movimiento no se transporta materia sino energía. Esto se puede explicar si pensamos en el ejemplo del estanque. En este, cada partícula le transmite energía cinética a la siguiente y provoca el movimiento vertical de oscilación de la partícula perturbada. Esta a su, vez le transmite esta energía de movimiento a las partículas que están a su alrededor y así sucesivamente. Este movimiento termina por desaparecer debido a la “pérdida” de energía que se produce por el rozamiento de las partículas entre sí y de éstas con el borde del estanque.

Otra manifestación de la energía inherente alas ondas son los terremotos. Estos fenómenos naturales son debidos a movimientos ondulatorios de la superficie de la Tierra. Los terremotos se dan como respuesta a la liberación brusca de la energía acumulada en alguna zona de la corteza terrestre debido al rompimiento de una placa. Durante los terremotos se producen tanto ondas longitudinales como ondas transversales.

PROPIEDADES DE LAS ONDAS

Dependiendo del medio en el que se transmitan las ondas, se pueden producir dos fenómenos:

  • Reflexión
    La reflexión de las ondas consiste en el cambio de dirección que experimenta un movimiento ondulatorio cuando choca contra un obstáculo sin atravesarlo, es decir, que choca contra el objeto y rebota.
    En este fenómeno podemos distinguir los siguientes elementos:
    • La onda incidente, es aquella que llega al obstáculo.
    • La onda reflejada, es la que se produce después de la reflexión y que se aleja del obstáculo.
    • El ángulo de incidencia, es el ángulo que se forma entre el rayo incidente y la normal, o recta perpendicular al obstáculo.
    • El ángulo de reflexión, es el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado.
    En la reflexión, el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie de reflexión están en un mismo plano. Además, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

  • Refracción
    La refracción de las ondas consiste en el cambio de dirección que experimenta un movimiento ondulatorio cuando pasa de un medio material a otro. La refracción se debe al cambio en la velocidad de propagación de las ondas.
    En este fenómeno podemos distinguir los siguientes elementos:
    • La onda incidente, es la que se propaga por el primer medio y llega a la superficie de separación entre ambos medios.
    • La onda refractada, es la que se propaga en el segundo medio.
    • El rayo incidente y el rayo refractado, representan la dirección en que se desplaza el frente de ondas incidentes y refractadas, respectivamente.
    • El ángulo de incidencia, es aquel que forma el rayo incidente con la normal a la superficie de separación de ambos medios.
    • El ángulo de refracción, es el que forman el rayo refractado con la normal a la superficie de separación de ambos medios.
    Por lo general, cuando un movimiento ondulatorio choca contra algún objeto, se dan ambos fenómenos: la refracción y la reflexión. Es decir que parte de las ondas son reflejadas y otra parte refractadas al siguiente medio o absorbida por el objeto.

  • Difracción
    La difracción de las ondas consiste en que las ondas, al encontrar un obstáculo con un orificio en él, pasan a través propagándose detrás del obstáculo en todas las direcciones. Para que se produzca la difracción el tamaño del orificio debe ser similar a la longitud de onda del movimiento ondulatorio. Por el fenómeno de difracción podemos escuchar detrás de una puerta, los sonidos que se producen en un cuarto.
Taller de lectura 3:
  1. ¿Qué es la energía?
  2. ¿En qué consiste la reflexión de las ondas?
  3. Defina cada uno de los cuatro elementos de la reflexión
  4. ¿Qué elementos de la reflexión están en un mismo plano?
  5. Copie la figura que representa los elementos de la reflexión
  6. ¿En qué consiste la refracción?
  7. ¿A qué se debe la refracción?
  8. Defina cada uno de los elementos de la refracción
  9. Copie la figura que representa los elementos de la refracción
  10. ¿Qué diferencias hay entre refracción y reflexión?
  11. ¿En qué consiste la difracción?
  12. ¿Qué se requiere para que se produzca la difracción?
Lectura 2: PROPAGACIÓN Y VELOCIDAD DE LAS ONDAS

Como ya sabes, las ondas mecánicas se transmiten por la interacción de partículas cercanas entre sí. Por ejemplo, sin el agua y sus partículas los barcos no podrían utilizar el sonar, y sin las partículas del aire no podríamos escuchar un concierto y los murciélagos no podrían volar o cazar en la oscuridad. Por otra parte, otro tipo de ondas como las producidas por la luz del Sol NO necesitan de un medio material para su transmisión. La luz del Sol llega a la Tierra luego de atravesar el espacio vacío que existe entre los dos astros. Por esto, no se puede decir que una onda sea la perturbación de un cuerpo material; una onda es la transmisión de una perturbación.

Las perturbaciones al propagarse por algún medio (tierra, aire, agua, etc.), no se transmiten instantáneamente a todas partes, sino que tardan cierto tiempo en viajar de un punto a otro. Así, por ejemplo, el sonido de un trueno tardará más tiempo en percibirse cuanto más lejos nos encontremos del lugar donde se está produciendo la tormenta.

Se llama velocidad de propagación de una onda a la distancia que recorre la perturbación transmitida por la onda en un tiempo dado. La velocidad de propagación de una onda depende del medio material por el que se propaga. Así, el sonido se transmite a mayor velocidad a través del agua que del aire, y con mayor velocidad en los sólidos que en los líquidos.

Podemos calcular la velocidad a la cual se propagan las ondas que se producen en la superficie de un estanque. Para ello, necesitamos conocer la distancia d que hay entre el foco u origen de la perturbación y un punto en la superficie del agua, también necesitamos conocer el tiempo que tarda la perturbación en llegar a dicho punto.
Conocidos estos valores, se aplica la siguiente ecuación:

En donde:
v es la velocidad en metros sobre segundos.
d es la distancia recorrida en metro s.
t es el tiempo, en segundos, que tarda la onda en recorrer dicha distancia.

Taller de lectura 2:

  1. ¿A qué se llama velocidad de propagación?
  2. ¿De qué depende la velocidad de propagación de una onda? De un ejemplo
  3. ¿Qué necesitamos conocer para calcular la velocidad a la cual se propagan las ondas?
  4. Escriba la ecuación que se aplica para calcular la velocidad de propagación de una onda
  5. ¿Qué significan las letras (v, d, t) en la ecuación de velocidad de propagación?
  6. Copie la siguiente tabla:
    EcuaciónUtilidadOperación
    Permite calcular la velocidad si conocemos la distancia y el tiempoSe divide distancia(d) entre tiempo (t)
    Permite calcular el espacio o distancia recorrida por una onda, conociendo la velocidad y el tiempoSe multiplica velocidad (v) por tiempo (t)
    Permite calcular el tiempo que dura un fenómeno ondulatorio, conociendo la distancia recorrida y la velocidad de la ondaSe divide distancia (d) entre velocidad (v)
  7. Copie, con su procedimiento, los siguientes ejemplos:
    Ejemplo 1: ¿Cuál es la velocidad de una onda que se desplaza 5000 metros en 2.5 segundos?
    DatosEcuaciónOperaciónRespuesta
    V =?
    d = 5000 m
    t = 2.5 seg
    2000 m⁄segR: // La velocidad de la onda es 2000 metros por segundo. Es decir que la onda recorre 2000 metros cada segundo.

    Ejemplo 2: ¿Qué distancia recorre una onda sonora durante 20 segundos si la velocidad del sonido es de 340 metros por segundo?
    DatosEcuaciónOperaciónRespuesta
    V = 340m/seg
    d =?
    t = 20 segundos
    6800 metrosR: // La onda recorre 6800 metros

    Ejemplo 3: ¿Cuánto tarda una onda luminosa en desplazarse 500000 kilómetros, si su velocidad es de 300000Km/seg?
    DatosEcuaciónOperaciónRespuesta
    d = 500000 Km
    V = 300000Km/seg
    t =?
    1.66 seg
    R: // La onda tarda 1.66 segundos en hacer el desplazamiento
  8. Realice los siguientes ejercicios:
    1. La velocidad de la luz es de 300000 kilómetros por segundo. ¿Cuánto tarda un rayo de luz en ir del sol a la tierra, si la distancia entre estos astros es de 150000000 Km?
    2. La velocidad del sonido en el aire es de 340 metros por segundo. ¿Qué distancia recorrerá una onda sonora en 75 segundos?
    3. ¿Cuál es la velocidad del sonido en el hierro, si una onda sonora tarda 15 segundos en recorrer una distancia de 76950 metros?

miércoles, 8 de febrero de 2012

Lectura 1: LAS ONDAS Y EL MOVIMIENTO ONDULATORIO

Muchos de los fenómenos que observamos en la naturaleza tienen que ver con las ondas y su transmisión. El sonido y la luz, por ejemplo, son fenómenos relacionados con la propagación de movimientos ondulatorios. Así, el que Podamos observar colores o escuchar música se debe a movimientos ondulatorios, cada uno con características particulares.

CONCEPTOS PRELIMINARES

La definición de onda trae implícitos algunos conceptos preliminares. Veamos:
  • Sistema Físico. Es cualquier región del espacio junto con los elementos que se encuentren en ella. El sistema físico debe estar delimitado claramente con el fin de facilitar su estudio. Por ejemplo: Un gas contenido en un recipiente, el agua de un estanque, las hojas de un árbol y un móvil que se desplaza por una carretera, son sistemas físicos.

  • Equilibrio y perturbación. Imagina un estanque cuya superficie está quieta porque no hay viento u otro factor externo que produzca alguna alteración o perturbación en ella. Podemos decir que el sistema físico del estanque está en equilibrio.

    Un cuerpo o conjunto de cuerpos está en equilibrio cuando sus características no varían con el transcurso del tiempo. Ahora, si lanzas una piedra al centro del estanque, inmediatamente comenzarás a observar la formación de ondas de forma circular en su superficie: rompiste el equilibrio del sistema porque, al lanzar la piedra, realizaste una perturbación sobre él. Una perturbación es cualquier fenómeno que altera las características de un sistema físico que estaba en equilibrio.

LAS ONDAS

Considera el siguiente sistema físico: un estanque sin ningún tipo de movimiento, con un flotador sobre su superficie. Imagina que lanzas una piedra en el centro del estanque. Cuando los movimientos circulares producidos sobre la superficie del agua lleguen al flotador, éste oscilará hacia arriba y hacia abajo junto con el agua que lo sostiene. Una vez termine este movimiento observarás que el flotador está exactamente en el mismo lugar en el que estaba antes.
Cuando una perturbación se propaga sin que haya desplazamiento de los cuerpos afectados, decimos que se ha generado una onda. La clase de movimiento que se propaga como consecuencia de la onda se denomina movimiento ondulatorio.

¿CÓMO SE PRODUCEN LAS ONDAS?

Las ondas se producen cuando en un sistema físico en equilibrio ocurre una perturbación. Al mover una masa sujeta al extremo de un resorte, o lanzar una piedra en un estanque, se producen perturbaciones.

Las vibraciones dan origen a las ondas. La voz, por ejemplo, se produce por el movimiento de las cuerdas vocales las cuales transmiten su movimiento o vibración a las partículas del aire. Esta vibración llega nuestros oídos, en forma de onda, produciendo de esta manera el sonido.

ELEMENTOS DE LAS ONDAS

En todo tipo de ondas se pueden distinguir los siguientes elementos: Cresta, valle, longitud de onda, amplitud, frecuencia, periodo, frente de onda y rayo.

  • La cresta y el valle son las porciones superior e inferior, respectivamente, de la representación gráfica de una onda.

  • La longitud de onda (λ) es la distancia en línea recta entre dos puntos consecutivos que se encuentren en el mismo estado de vibración. Por ejemplo, la distancia existente entre dos crestas o dos valles consecutivos. Esta longitud se mide en metros o centímetros.

  • La amplitud (A) es la distancia de la cresta o valle de la onda a la línea de equilibrio.

  • La frecuencia (f) es el número de oscilaciones o de longitudes de onda que se propagan en un segundo. La frecuencia se mide en una unidad denominada hertzio (Hz). Un hertzio es una oscilación por segundo.

  • El período (T) es el tiempo que tarda la perturbación en recorrer una distancia igual a una longitud de onda. El período se mide en segundos.

  • El frente de onda es la superficie constituida por todos los puntos que son alcanzados por una onda en el mismo instante.

  • El rayo representa cualquier dirección en la que se propaga un movimiento ondulatorio.

CLASES DE ONDAS

Son varios los criterios que existen para clasificar las ondas:

Según el medio de propagación, las ondas pueden ser mecánicas o electromagnéticas.

  • Las ondas mecánicas son las que requieren de un medio material para su propagación. En la naturaleza, las partículas no se encuentran aisladas, sino que están unidas unas a otras, constituyendo medios materiales. Estos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Por esta razón, cuando una partícula de un medio material comienza a oscilar, acaba propagando su vibración a las partículas que se encuentran a su alrededor. Estas a su vez también transmitirán sus vibraciones a las partículas adyacentes logrando que la propagación se realice de manera continua.

  • Las ondas electromagnéticas son aquellas que se propagan en espacio, es decir, que no necesitan de un medio material para propagarse. La luz, las ondas de radio y los rayos X son ejemplos de ondas electromagnéticas.

Si consideramos la dirección de propagación de las ondas y la dirección en que vibran las partículas del medio, podemos diferenciar dos clases de ondas: las ondas longitudinales y las ondas transversales.

  • Las ondas longitudinales son aquellas que se propagan en la misma dirección en la cual vibran las partículas. Un ejemplo es la onda que se produce en un resorte con bloques unidos a él los bloques oscilarán horizontalmente, en la misma dirección en que el resorte se estira y se comprime. Las ondas sonoras y algunas de las ondas producidas durante los terremotos también son ondas longitudinales.

  • Las ondas transversales son aquellas en las que la dirección de propagación es perpendicular a la dirección de las oscilaciones. Un ejemplo de este tipo de ondas son las producidas por una cuerda. La onda se transmite en sentido horizontal pero cada punto de la cuerda oscila verticalmente. Las ondas electromagnéticas y las gravitatorias también son ejemplos de ondas transversales.

Taller de lectura 1:
  1. ¿Qué fenómenos están relacionados con la propagación de movimientos ondulatorios?
  2. ¿Qué es un sistema físico? De un ejemplo
  3. ¿Cuándo se dice que un cuerpo o conjunto de cuerpos está en equilibrio?
  4. ¿Qué es una perturbación?
  5. ¿Cuándo decimos que se ha generado una onda?
  6. ¿A qué denominamos movimiento ondulatorio?
  7. ¿Cómo se producen las ondas?
  8. ¿Cómo se produce la voz?
  9. ¿Cuáles son los elementos de una onda?
  10. Defina cada uno de los elementos de una onda
  11. ¿Cómo se clasifican las ondas según el medio de propagación?
  12. ¿Qué son ondas mecánicas?
  13. ¿Cómo se llaman los medios formados por la unión de partículas?
  14. ¿En qué estados pueden estar los medios materiales?
  15. ¿Qué ocurre cuando una partícula en un medio material comienza a oscilar?
  16. ¿Qué son ondas electromagnéticas? De ejemplos
  17. ¿Qué son ondas longitudinales? De un ejemplo
  18. ¿Qué son ondas transversales? De un ejemplo
  19. Complete la siguiente tabla:
    ElementoSímboloUnidad en que se midedefinición
    amplitud...
    .λ..
    ..Hertz (Hz).
    ...Tiempo que tarda una oscilación
  20. Copie los esquemas que representan los elementos de una onda y las diferencias entre onda longitudinal y transversal.