Intensidad de la Onda. Aplicación al caso de ondas sonoras
Para una fuente que emite ondas en todas direcciones, la energía se distribuye uniformemente en una superficie esférica A, de radio r. La intensidad de una onda, I, es la potencia por unidad de área, o energía por unidad de tiempo y unidad de área, que incide perpendicularmente a la dirección de propagación
Para el caso de una onda sonora
El diafragma de un altavoz de 30 cm de diámetro vibra a 1 kHz, con una amplitud de 0.020 mm. Suponemos que las moléculas de aire vibran con esa amplitud, (a) encontrar la amplitud de la presión (b) la intensidad de la onda sonora enfrente del diafragma © la energía sonora radiada (d) si el sonido se irradia uniformemente en el hemisferio, calcular cual es la intensidad a 5 m del diafragma
Respuesta del oido humano: Intensidad umbral de la onda sonora 10-12 W/m2 Sensación dolorosa 1 W/m2
INTENSIDAD Y VOLUMEN SONORO. EL OIDO HUMANO
La percepción del oido humano no es proporcional a la intensidad de la onda. Es por ello por lo que se usa una escala logarítmica para describir la intensidad para el oído humano, la cual se mide en decibelios, y se define por:
Ondas que encuentran barreras: Reflexión, refracción y difracción
Light beam exhibiting reflection, refraction, transmission and dispersion when encountering a prism
Ondas que encuentran barreras: Reflexión, refracción y difracción
Refracción de una onda sinuosidal que incide bajo cierto ángulo y entra en una región en que la velocidad de propagación es menor. Ejercicio: cuantificar la frecuencia de la onda incicdente y reflejada
Sinusoidal traveling plane wave entering a region of lower wave velocity at an angle, illustrating the decrease in wavelength and change of direction (refraction) that results:
Ondas que encuentran barreras: difracción
EFECTO DOPPLER (a)
Si la fuente de la onda y el receptor se mueven uno respecto de otro, la frecuencia del receptor no es la misma que la de la fuente. Si el movimiento relativo es de acercamiento, la frecuencia que mide el receptor es mayor; si se alejan la frecuencia es menor. Esto es conocido como el efecto Doppler.
Para el caso de un receptor estacionario
Número de crestas por unidad de tiempo que pasan por el receptor
El signo negativo es para el receptor delante, cuando la fuente se mueve hacia el receptor. El signo positivo es para el receptor detrás de la fuente, cuando la fuente se aleja de él.
En el instante 5 la fuente emite una cresta. En un período Ts, mientras la cresta viaja una distancia vTs, la fuente se desplaza usTs y alcanza el punto 6, La longitud de onda es entonces (v-us)Ts
Todo el movimiento se describe respecto al medio
EFECTO DOPPLER (I)
Si la fuente de la onda y el receptor se mueven uno respecto de otro, la frecuencia del receptor no es la misma que la de la fuente. Si el movimiento relativo es de acercamiento, la frecuencia que mide el receptor es mayor; si se alejan la frecuencia es menor. Esto es conocido como el efecto Doppler.
Para el caso de un receptor que se mueve respecto del medio
El signo positivo del numerador es cuando el receptor se mueve hacia la fuente. En el denominador, el signo negativo es cuando la fuente se mueve hacia el receptor. La regla básica es que la frecuencia tiende a incrementarse cuando la fuente y cuando el recpetor se mueve hacia la fuente.
Todo el movimiento se describe respecto al medio
Movimiento del receptor
Si se mueven simultáneamente fuente y receptor
Número de crestas por unidad de tiempo que pasan por el receptor
EFECTO DOPPLER (y II)
Si la fuente de la onda y el receptor se mueven uno respecto de otro, la frecuencia del receptor no es la misma que la de la fuente. Si el movimiento relativo es de acercamiento, la frecuencia que mide el receptor es mayor; si se alejan la frecuencia es menor. Esto es conocido como el efecto Doppler.
Para el caso de un receptor que se mueve respecto del medio
El signo negativo es para el receptor delante. El signo positivo es para el receptor detrás de la fuente
Todo el movimiento se describe respecto al medio
Movimiento del receptor
Si se mueven simultáneamente fuente y receptor
Número de crestas por unidad de tiempo que pasan por el receptor
EFECTO DOPPLER. Resumen y Ejercicios
Si la fuente de la onda y el receptor se mueven uno respecto de otro, la frecuencia del receptor no es la misma que la de la fuente. Si el movimiento relativo es de acercamiento, la frecuencia que mide el receptor es mayor; si se alejan la frecuencia es menor. Esto es conocido como el efecto Doppler.
Cuando el receptor se mueve hacia la fuente, se elige el signo positivo en el numerador. Cuando la fuente se mueve hacia el receptor, signo negativo en el denominador
Todo el movimiento, todas las velocidades, se describen respecto al medio
fr frecuencia observada por el receptor; fs frecuencia que emite la fuente; v velocidad de propagación de la onda; ur velocidad del receptor; us velocidad de la fuente;
La frecuencia del silbato de un tren es de 400 Hz. Si el tren se mueve a una velocidad de 122 km/h, (a) con qué frecuencia se oye la bocina por un observador situado delante del tren en el sentido de la marcha; (b) por un observador situado detrás del tren; (c). Suponer ahora que el observador se mueve en una vagoneta a una velocidad de 120 km/h, en la misma dirección que el tren pero en sentido contrario ¿con qué frecuencia oye ahora el silbato?
** El radar de la policía emite con frecuencia 1.5×109 Hz. Un coche pasa delante del radar y la frecuencia de la onda reflejada por el coche, que recibe el receptor, situado al lado del emisor, es de 500 Hz menos que la emisora. ¿Cuál es la velocidad del coche?. ** Considerar que el coche actúa como receptor y emisor.
Un barco en reposo está equipado con un sonar que emite pulsos de sonido a 40 MHz. Los pulsos reflejados por un submarino situado justo en la vertical del barco llegan con un tiempo de retardo de 80 ms, y una frecuencia de 39.958MHz. (a) ¿Cuál es la profundidad del submarino?; (b) cual es la velocidad del submarino en el eje vertical?. Velocidad del sonido en agua de mar: 1540 m/s
ONDAS DE CHOQUE
Cuando el emisor se mueve más rápidamente que la velocidad de propagación de las ondas, no hay ondas delante del emisor, entonces las ondas se acumulan detrás y forman una onda de choque.
SUPERPOSICION DE ONDAS, INTERFERENCIA
ONDAS ESTACIONARIAS
Cuando dos o más ondas se superponen en el espacio, las perturbaciones individuales de cada onda se suman algebraicamente, creando una nueva onda. Esta propiedad es el principio de superposición
Cuando se superponen ondas armónicas de la misma frecuencia se pueden producir patrones ondulatorios sostenidos en el tiempo. Este fenómeno es interferencia
Fenónmenos de interferencia y difracción distinguen las partículas de las ondas
SUPERPOSITION OF WAVES
Constant phase 0
Constant phase p/2
Interference
Interferencia: Constructiva y destructiva
Diferencia de fase debida a diferencia en el recorrido.
Una onda estacionaria es una onda que permanece en la misma posición. Este fenómeno ocurre cuando en un medio estacionario se d la interferencia entre dos ondas que viajan en direcciones opuestas.
La suma de dos ondas que se propagan una contra otras (de igual amplitud y frecuencia) crean una onda estacionaria, en la que se distinguen nodos y vientres
ONDAS ESTACIONARIAS
ONDAS ESTACIONARIAS
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