- Clases de
onda - Elementos de una
onda - Periodo y
frecuencia - El sonido
- Resonancia
- Efecto
Doppler - Infrasonidos y
ultrasonido
Son perturbaciones que se producen en un medio material
y que se propagan al transcurrir el tiempo.
Las ondas se
clasifican en dos formas:
- Atendiendo al Medio de Propagación: las
ondas pueden ser mecánicas y electromagnéticas.
Las ondas mecánicas requieren un medio natural o
elástico que vibre; por ejemplo, las ondas en el agua y en
la cuerda. Las ondas electromagnéticas no necesitan un
medio material para propagarse, se propagan en el vacío.
El calor del
Sol nos llega a través de estas ondas. También
las ondas de las estaciones de radio y
televisión. - Atendiendo a la Dirección de Propagación:
estas ondas pueden ser transversales y
longitudinales.
Las ondas transversales son aquellas en las que las
partículas del medio vibran perpendicularmente a la
dirección de propagación de la onda.
Cuando producimos una onda en una cuerda,
ésta avanza hasta llegar al otro extremo, cada punto del
medio al ser alcanzado vibra, de forma tal que sube y baja, pero
sin avanzar, sólo se mueven perpendicularmente al movimiento de
la onda.
ONDAS LONGITUDINALES
Las ondas longitudinales las podemos observar con mayor
y mejor facilidad en un resorte, pues cuando éste se
deforma y es liberado, se produce una vibración y las
partículas del medio se mueven en la misma
dirección de propagación (resorte).
Los elementos de una onda son los siguientes: la
cresta, el valle, el nodo, la longitud de onda y la
amplitud.
En las ondas transversales se presentan la cresta y
el valle. La cresta es el punto que ocupa la posición mas
alta en una onda y el valle es el punto más bajo de la
onda.
El nodo es el punto del medio material que no tiene
desplazamiento vertical, es decir, no tiene amplitud; en la
figura anterior el punto C es el nodo.
La longitud de onda es la distancia entre dos
crestas consecutivas de una misma onda o entre dos valles
consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como
la distancia entre dos puntos que están en el mismo
estado de
vibración.
LA AMPLITUD
Cuando tú mantienes tensa una cuerda que
está sujeta por el otro extremo, esta cuerda está
en equilibrio. Si
le comunicas un impulso hacia arriba, se produce una onda, porque
se origina una separación en la parte que está
más próxima a sus manos. La preparación
entre su posición de equilibrio y su máxima altura
es la amplitud (A).
- El período: cuando producimos ondas en
sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas
formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un
punto del medio material perturbado es lo que constituye el
período. - La Frecuencia: si por el contrario controlamos
el número de ondas que pasan por un punto en la unidad
de tiempo, entonces nos referimos a la frecuencia. Tanto el
período como la frecuencia se pueden expresar de la
siguiente manera:
, esto quiere decir, que el período y la
frecuencia son inversos.
PERIODO Y FRECUENCIA
Hay ondas que no necesitan un medio material para
propagarse (agua, cuerda,
resorte) y se propagan con facilidad, tal es el caso de las ondas
electromagnéticas. Sin embargo, las ondas
electromagnéticas se desplazan gracias al desplazamiento
de dos cambios a la vez, el campo
eléctrico y el magnético. Este tipo de onda
electromagnética es la que utilizan las estaciones de
radio y televisión. El calor nos llega desde
el Sol gracias
a las ondas electromagnéticas, ya que éstas
atraviesan el espacio vacío.
Un ejemplo de una onda mecánica lo es el sonido. Cuando
una fuente produce un sonido, éste se propaga gracias al
medio material. El tipo de onda al que pertenece el sonido es el
transversal, ya que las partículas del medio alcanzadas
por el sonido se mueven en forma vertical; la oscilación
de la partícula nos permite afirmar que el movimiento es
periódico.
El sonido es una vibración de una fuente; por
ejemplo, si cuando hablamos nos colocamos suavemente las yemas de
los dedos en la parte externa de la garganta notamos una
sensación de vibración.
VELOCIDAD DEL SONIDO
El sonido se propaga en los tres estados de la materia:
sólido, líquido y gaseoso. La velocidad del
sonido en los sólidos es de unos 500 m/seg. En los
líquido, si se trata de agua, depende de su densidad; en el
agua dulce es de 1,435 m/seg, pero en el agua salada es un poco
mayor, 1,500 m/seg. La velocidad del sonido en el aire es de 340
m/seg a una temperatura de
20ºC.
PERCEPCION DEL SONIDO
Las ondas sonoras las percibimos por el órgano
del oído. Al
llegar aquellas al oído golpean una membrana
elástica llamada tímpano que vibra con la
frecuencia de la onda. Una cadena de huesitos transmite las
vibraciones amplificándolas a un fluido situado en el
oído interno.
Los movimientos del fluido son detectados por fibras
longitudes y espesores diferentes y vibran cada una n su propia
frecuencia, estas vibraciones se transforman en señales
eléctricas que son llenadas por los nervios auditivos al
cerebro donde se
realiza la sensación del sonido.
FUENTES DEL SONIDO
Sabemos que el sonido se produce por las vibraciones de
un objeto. Estas vibraciones producen en el aire movimiento de
sus moléculas y por lo tanto se traduce en una presión
del mismo. Esto es lo que sucede en una bocina de radio; la
bocina tiene un diafragma que vibra debido a la corriente
eléctrica.
La voz humana es el resultado de la vibración de
las cuerdas vocales, que son dos membranas que se encuentran en
la garganta.
Como fuentes de
sonido tenemos también los instrumentos de viento, de
cuerdas y percusión. Los instrumentos de viento producen
sonidos cuando son accionados por los labios del músico;
sin embargo, no todos los instrumentos de viento se manejan de
igual forma; por ejemplo, la trompeta y el clarinete se tocan de
diferente forma.
En la trompeta el sonido se produce por las vibraciones
de los labios del músico; sin embargo, el instrumento de
viento con boquilla y con lengüeta (lámina de metal
móvil), lo que vibra es la lámina cuando entra el
viento.
En el caso de un órgano de viento, el aire se
mueve hacia dentro y hacia afuera del tubo.
Los instrumentos de cuerda son fuentes de sonido que
utilizan las vibraciones de las cuerdas. Estos instrumentos (la
guitarra, por ejemplo) utilizan pulsaciones de las cuerdas o el
roce de las mismas, como es el caso del violín.
También el instrumento de percusión es
fuente de sonido. Este tipo de instrumento utiliza membranas que
vibran. Entre ellos tenemos el tambor y l0os platillos de
banda.
ECO Y REVERBERACION
Cuando las ondas encuentran un obstáculo, parte
de ellas se devuelven, por lo que se dice que se refleja. El
sonido es una onda y parte de esta onda se destruye al llegar a
un obstáculo, pero la parte que se devuelve en forma de
onda se conoce como eco. Para que el eco se produzca y se pueda
percibir, la distancia de la fuente al obstáculo debe ser
mayor de los 17 metros. Ya a una distancia menor tanto el sonido
producido por la fuente como la parte devuelta por el
obstáculo se percibirán juntos y entonces estaremos
frente a otro fenómeno, que es la
reverberación.
CUALIDADES DEL SONIDO
- Tono: un sonido se diferencia de otro en su
tono. El tono representa el número de vibraciones que se
producen en la unidad de tiempo (frecuencia), esto nos dice que
a mayor frecuencia mayor será el tono. De ahí que
el tono puede ser grave o agudo: el sonido agudo tiene una
frecuencia mayor que el grave. La voz masculina se diferencia
de la voz femenina por su tono. - Timbre: cuando un cuerpo vibra, no lo hace en
forma uniforme, sino que tiene varias frecuencias. Estas
frecuencias simultáneas permiten que el timbre sea
diferente entre una fuente y otra. Por el timbre diferenciarnos
un instrumento de otro. Podemos diferenciar la voz de un
hombre de la
voz de otro hombre, o la voz de una mujer de la
voz de otra mujer. - Intensidad: el sonido lo percibimos a
través del sentido del oído, y es a través
de este sonido que nos damos cuenta si el sonido es fuerte o
débil, es decir, la intensidad del sonido tiene
relación con la fuerza que
se produce. Esto nos dice que dependiendo de la fuerza que
produce el sonido, esto puede ser o no percibido de acuerdo a
la distancia a que nos encontramos de la fuente; la intensidad
del sonido depende entonces de la amplitud de la
vibración, es decir, a mayor amplitud mayor intensidad.
Existe la mínima intensidad del sonido que puede ser
percibida por el oído humano y es lo que conocemos como
el umbral de audibilidad. Si la intensidad del sonido es
muy fuerte puede producir daños en el oído
humano. Existe una intensidad máxima del sonido, que
puede ser soportada sin producir daños, llamada
umbral del dolor. La intensidad del sonido se mide en
bel, en honor al físico Británico Alexander
Graham Bell, generalmente para la intensidad del sonido se usa
el decibel (db) que es una décima parte de un bel:
Es el fenómeno que se produce cuando los
cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso
a vibrar al recibir las frecuencias del otro.
Para entender el fenómeno de la resonancia,
pondré un ejemplo sencillo, Supóngase que tengo un
tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en
contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el
diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo,
cuando el agua alcance determinada altura el sonido será
mas fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el
tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el
diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias
se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del
sonido.
El sonido lo percibimos porque el aire que
está en contacto con el tímpano el oído
varía, esas variaciones que tienen las mismas frecuencias
en las vibraciones del foco sano y el observador están en
reposo. Ahora bien, si uno de los dos (fuente sonora u
observador) se acercan o se alejan, la intensidad del sonido
varía. Esto se debe a que a medida que nos acercamos a la
fuente o la fuente se acerca a nosotros, aumenta la frecuencia
(número de onda) y el sonido se hace más intenso;
de lo contrario, si nos alejamos de la fuente o ella se aleja de
nosotros, el sonido es menos intenso, debido a que la frecuencia
disminuye. Este fenómeno recibe el nombre de efecto
Doppler, y lo hemos vivido cuando la sirena de una ambulancia o
de los bomberos se acerca o se aleja de nosotros.
Las personas podemos captar sonidos, si la
frecuencia del sonido producido por una fuente es inferior a 16
vibraciones por segundo (16 vib/seg), entonces ese sonido no es
percibido por los seres humanos. A este tipo de sonido cuya
frecuencia es menor de 16 vib/seg se llama
infrasonido
Ahora bien, existen sonidos cuya frecuencia es muy
alta, es decir, aquellos que pasan de 20,000 vib/seg; este tipo
de sonidos reciben el nombre de ultrasonido y no son captados por
el ser humano.
Los ultrasonidos se producen por el efecto de una
tensión eléctrica alterna aplicada sobre placas de
cuarzo, debido a que los ultrasonidos transportan energías
muy grandes. Se aplican en las industrias, en la
fabricación de emulsiones con líquidos no miscibles
(aceite y agua,
mercurio y agua); se utilizan en la limpieza de ropa,
esterilización de algunas sustancias, debido a que matan
microorganismos. Los murciélago utilizan los ultrasonidos
para orientarse n sus vuelos nocturnos y no chocar con los
objetos.
Los ultrasonidos se aplican también para
detectar objetos que se encuentran en las profundidades del mar,
y también elimina el humo que sale por la chimenea de las
fábricas. Esto se debe a que cuando su ultrasónico
pasa a través del humo, sus partículas se agrupan y
caen al suelo.
Algunas de las aplicaciones del sonido las
encontramos en los instrumentos
musicales y en la música. Los
especialistas en sonido (ingeniero de sonido) aplican sus
conocimientos en ésta rama de la física para fabricar
habitaciones o salones de música donde no se produce el
fenómeno de la reverberación. Dichos especialistas
utilizan fibras de vidrios con el que obtienen mejor
sonido.
En el campo de la medicina, los
nefrólogos, especialista de las vías urinarias,
utiliza el ecógrafo. Este aparato emite ultrasonido y con
ello hacen exploraciones en el interior del cuerpo humano,
esto se debe al fenómeno de la reflexión, lo que
permite obtener gráficas de la situación del o los
órganos explorados. Otro aparato que utilizan tanto los
nefrólogos, urólogos y gastroenterólogos es
el fonógrafo que al igual que el ecógrafo utiliza
los ultrasonidos para hacer exploraciones internas, pero a
través de este aparato en lugar de obtener gráficas
se obtienen imágenes
del o de los órganos explorados.
Tanto el ecógrafo como el fonógrafo
son muy usados en estos tiempos y han ido sustituyendo en gran
medida a los Rayos X, ya que
las radiaciones pueden producir daños en los tejidos celulares
del cuerpo y en el feto de las
mujeres embarazadas.
Otro aparato utilizado por los nefrólogos
para eliminar piedras de los riñones, (cálculo
renal), es el nefroscopio, que también emite ultrasonidos,
haciendo posible la visualización de los riñones en
una pantalla cuando se hacen coincidir las ondas
ultrasónicas sobre la piedra en el riñón.
Estas piedras son desintegradas y más tarde son expulsadas
a través de la orina del paciente.
Edwin