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Ondas de Sonido
Las ondas son perturbaciones (normalmente oscilaciones) de un medio (aire, agua, madera, metal, etc) que transmiten energía de un lugar a otro sin que necesariamente exista un desplazamiento de materia entre esos lugares.
 
 

Por ejemplo, cuando las espiras de un resorte oscilan, esta oscilación se propaga de un extremo al otro del resorte sin que las espiras se desplacen de la misma manera que la onda. El sonido requiere de un medio material para transmitirse (gas, líquido o sólido). El sonido no se transmite en el vacío.


Video de un resorte mostrando ondas transversales
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Video de un resorte mostrando una onda transversal estacionaria
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Vídeo ondas en resorte
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Hay distintos tipos de ondas. Una forma de clasificarlas consiste en comparar el sentido de las oscilaciones en el medio con la dirección de propagación de las ondas.

Se dice que una onda es transversal si las oscilaciones en el medio son perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas. Un ejemplo de estas ondas transversales son las producidas por la caída de una pelota sobre la superficie del agua, donde las oscilaciones de la superficie del agua son verticales mientras la onda se propaga horizontalmente.

Una situación similar acontece en el caso de la oscilación del resorte que aparece más arriba. Otro ejemplo de este tipo de ondas son las ondas electromagnéticas, entre las cuales se cuenta la luz visible.


Video ondas en una piscina
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Se dice que una onda es longitudinal si las oscilaciones en el medio y la dirección de propagación de la onda son paralelas. Las compresiones y descompresiones (de las espiras de un resorte) son un ejemplo de este tipo de ondas. Las ondas sonoras son también longitudinales y son de un carácter similar al de las perturbaciones longitudinales en un resorte.

La propagación de las ondas sonoras en el aire se produce por variaciones locales de presión causadas por los objetos vibrantes emisores de sonido. Una onda sonora que se propaga en el aire consiste en alternadas alzas y disminuciones de presión similares a las compresiones y descompresiones de las espiras de los resortes en la dirección de avance de la onda. Sin ser demasiado riguroso, se puede decir que las moléculas de los gases que componen el aire se acercan entre sí (en la situación de compresión) o se alejan entre sí (en la situación de descompresión, también llamada rarefacción).
Consideremos el caso de una pelota que cae sobre una piscina. Las oscilaciones mueven la superficie del agua por encima y por debajo del nivel del agua que existía antes de lanzar la pelota.

Se llama amplitud de la onda a la (mitad de la) diferencia entre la mayor altura (máximo o cresta) y la mayor profundidad (mínimo o valle) alcanzada por la superficie del agua en sus oscilaciones. La distancia entre dos crestas consecutivas (o de dos valles consecutivos) se llama longitud de onda. El número de oscilaciones completas en un punto de la superficie del agua (partiendo con un máximo, siguiendo con un mínimo y de regreso a un máximo, por ejemplo) realizadas en cada segundo de tiempo se llama frecuencia de la onda. El período de la onda es el tiempo necesario para realizar una oscilación completa en un punto dado. La velocidad de desplazamiento de una cresta (o de un valle) se llama la velocidad de propagación de la onda.

Animación OndasAnimación interactiva ondas viajeras

 

 

 

La velocidad del sonido depende del medio en el cual se transmite. En términos generales, puede decirse que la velocidad del sonido es mayor en los materiales más densos. Así se tiene que la velocidad del sonido es mayor en los sólidos y en los líquidos que en los gases. En condiciones normales, la velocidad del sonido en el aire es de alrededor de 340 metros por segundo (1.224 km/hora). La velocidad del sonido aumenta con la temperatura del gas en el que se transmite.

Los conceptos que hemos definido no son todos independientes. Por ejemplo, la velocidad de la onda es igual al producto (la multiplicación) de su frecuencia por su longitud de onda. Por otro lado, el producto (la multiplicación) de la frecuencia por el período de una onda es siempre igual a 1.

 

 

Los distintos sonidos están asociados a la frecuencia de la onda. Un sonido es grave si su frecuencia es baja. Por el contrario, el sonido es agudo si su frecuencia es alta.

Nuestros oídos no son sensibles a todas las frecuencias. Las personas normales pueden oír frecuencias en el rango de 20 oscilaciones por segundo hasta 20.000 oscilaciones por segundo. Los sonidos con frecuencias más bajas que 20 oscilaciones por segundo se llaman infrasonidos, mientras que aquellos con frecuencias más altas que 20.000 oscilaciones por segundo se llaman ultrasonidos.

Las erupciones volcánicas, los terremotos, algunos fenómenos atmosféricos, entre otros eventos naturales producen sonidos con frecuencias en el rango de los infrasonidos. Los elefantes y las ballenas son algunos de los animales que tienen la posibilidad de emitir y detectar infrasonidos de frecuencias no audibles por los seres humanos.

Por otro lado, en Medicina se utilizan ultrasonidos (de frecuencias no audibles) de hasta veinte millones de oscilaciones por segundo para la obtención de imágenes (en obstetricia, por ejemplo). Existen silbatos que producen ultrasonidos que se usan para entrenar perros y otros animales. Los ultrasonidos se usan también en los sonares, que permiten la ubicación de distintos obstáculos, utilizando el eco (reflexión de las ondas sonoras en diversos objetos)

La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda, de su frecuencia y de su velocidad de propagación. Las personas normales son capaces de oír cuando las variaciones de presión (producidas por las ondas de sonido) son de alrededor de una mil millonésima parte de la presión atmosférica.

La intensidad del sonido es la potencia por unidad de área producida por la onda sonora y constituye una medida objetiva. Comúnmente se mide en watts por metro cuadrado y se denota (W/m2). La forma en que las personas percibimos la intensidad del sonido es una medida subjetiva de ella y se mide en decibeles que se escribe (dB).

La relación entre la intensidad del sonido y nuestra percepción de ella está dada en términos de una escala logarítmica. Para comprender mejor cómo se relacionan estas escalas de medición consideremos algunos ejemplos.

El umbral de audición (UA), es decir, la potencia por unidad de área mínima necesaria para que una persona normal escuche es de 10-12 W/m2 (un millonésimo de millonésimo de W/m2) y corresponde a 0 dB. Podemos mencionar que el murmullo de las hojas tiene una intensidad 10 veces mayor que la del UA y corresponde a 10 dB, los susurros tienen una intensidad 100 veces mayor que la del UA y corresponde a 20 dB y una conversación normal tiene una intensidad un millón de veces mayor que la del UA y corresponde a 60 dB.

Ondas Estacionarias

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