2DO-PORTAFOLIO-PARCIAL-1-2 (1)

Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ingeniería

 Acústica y Calor Calor

Justina Belem Flores Venegas

2do Portafolio de evidencias Grupo 807

Integrantes: Jáuregui Padilla Mónica Giselle  Acosta Payan Karen Jocelyn Jocelyn Sandoval Contreras Francisco Javier Díaz De la Paz Paulina Mexicali BC, Enero del 2016

1

INDICE Introducción………………………………………………….………………………… ..3

Cuestionario………………………………………………….………………………… .4 Practica…………………………………………………………………………… .........12 Examen…………………………………………………………….……………... ........17 Taller………………………………………………………………….…………..…… ..26  Anexos………………………………  Anexos…………………………………………………………… …………………………………………..……… ……………..………47 Conclusión…………………………………………………………………………… ..55 Bibliografía………………………………………………………………………….... ..56

2

INTRODUCCIÓN Lo que llamamos SONIDO, es una "perturbación" que se propaga en los medios materiales (gases, líquidos y sólidos) y que nuestro sentido del oído puede percibir. Por tanto, no se propaga en el vacío. El "vacío" es el reino del "silencio". Sin embargo, se puede utilizar como vehículo a través del mismo a las ondas electromagnéticas (de muy distinta naturaleza) y, así conseguir su difusión. Pero, podríamos preguntarnos ¿cuál es la naturaleza de esa "perturbación"? ¿Qué diferencia hay entre el sonido de una explosión, el ruido del tráfico, el sonido de un diapasón, el sonido de una cuerda de guitarra o el de una sinfonía...? ¿Qué características diferencian unos de otros? ¿Con qué velocidad se propaga? ¿Qué es lo que se propaga junto con la "perturbación"? ...

Trataremos de contestar a esas preguntas, en unos casos de manera cualitativa y en otros con modelos visuales y matemáticos.

3

CUESTIONARIO

4

1.

¿Qué es sonido?

El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material. Consiste en la propagación de una perturbación en un medio (generalmente el aire). Llamamos sonido a la propagación de la vibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos.

2.

¿Qué involucra la propagación del sonido?

La propagación del sonido supone un transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal, que se trasmite en línea recta, desde el punto de origen.

3.

¿Qué es una onda sonora?

Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material para su propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Decimos que una onda mecánica longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a través de los oídos. Esto ocurre cuando la frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz (muchas personas comienzan a no oír a partir de 15.000 Hz).

4.

¿Cuál es la velocidad del sonido a 20°C y a 0°C?

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado Celsius que sube la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s) Entonces a los 20°C es de 343.5m/s.

5. ¿Cómo son de pequeñas y de rápidas las variaciones de presión que causan el sonido? Cuando las rápidas variaciones de presión se centran entre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a una frecuencia de 20 Hz a 20 kHz) el sonido es potencialmente audible aunque las variaciones de presión puedan ser a veces tan pequeñas como la millonésima parte de un pascal. Los sonidos muy fuertes son causados por grandes variaciones de presión, por ejemplo una variación de 1 pascal se oiría como un sonido muy fuerte, siempre y cuando la mayoría de la energía de dicho sonido estuviera contenida en las frecuencias medias (1kHz - 4 kHz) que es donde el oído humano es más sensitivo. 5

6.

¿Qué es amplitud?

En física la amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasi periódicamente en el tiempo. Es la distancia entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

7.

¿Qué es un decibelio, decibelio referenciado y relativo?

El decibel o decibelio expresa una razón entre cantidades y no una cantidad. El decibel expresa cuantas veces más o cuantas veces menos, pero no la cantidad exacta. Es una expresión que no es lineal, sino logarítmica. Es una unidad de medida relativa.

8. Mencionar los valores de referencia para la presión, intensidad y potencia sonora.

  

Nivel de Referencia para la Presión Sonora (en el aire) =

Nivel de Referencia para la Intensidad Sonora ( en el aire) = Nivel de Referencia para la Potencia Sonora (en el aire) = Presión-Pascales

 w

Intensidad- W/m2 Potencia- decibelios.

9.

Hacer una tabla de los niveles de presión sonora en decibeles.

6

  Pa (rms)   w/m^2

10.

¿Qué es un decibelio ponderado y curva de ponderación?

El oído humano no percibe igual las distintas frecuencias y alcanza el máximo de percepción en las medias, de ahí que para aproximar más la unidad a la realidad auditiva, se ponderen las unidades (para ello se utilizan las llamadas curvas isofónicas).

Por este motivo se definió el decibelio A (dBA), una unidad de nivel sonoro medido con un filtro previo que quita parte de las bajas y las muy altas frecuencias. De esta manera, después de la medición se filtra el sonido para conservar solamente las frecuencias más dañinas para el oído, razón por la cual la exposición medida en dBA es un buen indicador del riesgo auditivo y vital. Las curvas isofónicas son curvas de igual sonoridad. Estas curvas calculan la relación existente entre la frecuencia y la intensidad (en decibelios) de dos sonidos para que éstos sean percibidos como igual de fuertes por el oído, con lo que todos los puntos sobre una misma curva isofónica tienen la misma sonoridad.

En estas curvas isofónicas se observa cómo, a medida que aumenta la intensidad sonora, las curvas se hacen, cada vez, más planas. Esto se traduce en que la dependencia de la frecuencia es menor a medida que aumenta el nivel de presión sonora, lo que significa que si disminuye la intensidad sonora los últimos sonidos perceptibles en desaparecer serían los agudos (altas frecuencias).

7

11.

¿Qué es un espectro?

Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

12.

¿Qué es teorema de Fourier?

La transformada de Fourier (pr. f ʊrieɪ), denominada así por Joseph Fourier, es una transformación matemática empleada para transformar señales entre el dominio del tiempo (o espacial) y el dominio de la frecuencia, que tiene muchas aplicaciones en la física y la ingeniería. Es reversible, siendo capaz de transformaciones de cualquiera de los dominios al otro. El propio término se refiere tanto a la operación de transformación como a la función que produce. En el caso de una función periódica en el tiempo (por ejemplo, un sonido musical continuo pero no necesariamente sinusoidal), la transformada de Fourier se puede simplificar para el cálculo de un conjunto discreto de amplitudes complejas, llamado coeficientes de las series de Fourier. Ellos representan el espectro de frecuencia de la señal del dominio-tiempo original.

13.

¿Qué es reflexión, reflexión contra frecuencia y su análisis?

La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al entrar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó.

14.

¿Qué es una onda estacionaria, eco y reverberación?

Una onda estacionaria es una onda que permanece en la misma posición. Este fenómeno ocurre cuando en un medio estacionario se da la interferencia entre dos ondas que viajan en direcciones opuestas. El eco es un fenómeno acústico producido cuando una onda se refleja y regresa hacia su emisor. Puede referirse tanto a ondas sonoras como a electromagnéticas. El efecto acústico producido por la reflexión del sonido una vez acabada su primera exposición. La reverberación es un fenómeno sonoro producido por la reflexión que consiste en una ligera permanencia del sonido una vez que la fuente original ha dejado de emitirlo.

8

15.

¿Qué es persistencia acústica y tiempo de reverberación?

Se conoce como persistencia acústica al fenómeno por el cual el cerebro humano interpreta como un único sonido dos sonidos diferentes recibidos en un corto espacio de tiempo. Para que el oído perciba dos sonidos como diferentes, ambos sonidos deben tener una diferencia entre sí de al menos 70 ms para sonidos secos (palabra) y 100 ms para sonidos complejos El tiempo de reverberación (TR) es un parámetro que se utiliza para cuantificar la reverberación de un determinado recinto. Se define como el tiempo que transcurre entre que se interrumpe la recepción directa de un sonido y la recepción de sus reflexiones. Habitualmente para medir el valor se considera que las reflexiones finalizan cuando la intensidad con la que se perciben es una millonésima de su valor original, lo que equivale a 60 dB. La medición se realiza emitiendo un ruido corto y seco en el recinto y registrando cómo evoluciona la intensidad con la que se percibe.

16.

¿Qué es coeficiente de absorción acústica?

La absorción es lo que absorbe a la propagación del sonido. Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía es reflejada, pero un porcentaje de ésta es absorbido por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de sonido que propagan. El coeficiente de absorción o de atenuación se define como el cociente entre la energía absorbida y la energía incidente por una superficie o sustancia. Normalmente, se expresa en Sabines dentro de una escala de 0 a 1.

17.

¿Qué es aislamiento acústico y como se consigue?

El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio. Se suele lograr con la actuación sobre las paredes (aislamiento de paredes) y de las ventanas (doble acristalamiento acústico).

9

18.

¿Qué es difusión acústica y diseño acústico?

Un difusor acústico es un elemento que, mediante la uniformidad de la energía acústica, proporcionará una mejora más o menos considerable en la calidad sonora de un recinto, diseminando la energía acústica incidente en su superficie en el espacio y el tiempo. De esta forma, entenderemos el concepto de difusión como el efecto de diseminar la energía acústica en una superficie denominada difusor en el espacio y el tiempo. Cuando se necesita de un control exacto de los parámetros acústicos de acuerdo a las características funcionales del proyecto (estudios de grabación, salas de música, de conferencia, gimnasios, etc.), las soluciones estándares rara vez funcionan adecuadamente, y suelen resultar tan ineficaces como costosas, y para eso se utiliza el diseño acústico.

19.

¿Cuáles y que son las cualidades del sonido (intensidad, tono , timbre… )?

10

20.

¿Qué es difracción, reflexión y refracción?

La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al entrar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó. La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada.

11

PRACTICA

12

Practica: Interferencia de ondas La interferencia es un fenómeno característica de todo movimiento ondulatorio, tratase de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz. En este experimento podremos observar físicamente la interferencia de ondas tanto constructivas como destructivas en el agua, teniendo en cuenta que el mismo principio para ondas sonoras sirviéndonos como un refuerzo para la teoría aprendida en clase. Marco teórico: Se denomina interferencia a la superposición o suma de dos o más ondas. Dependiendo fundamentalmente de las longitudes de onda, amplitudes y de la distancia relativa entre las mismas se distinguen dos tipos de interferencias:

Constructiva: se produce cuando las ondas chocan o se superponen en fases, obteniendo una onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales.

Destructiva: es la superposición de ondas en antifase, obteniendo una onda resultante de menor amplitud que las ondas iniciales.

13

Material y equipo utilizado: *Una bandeja *Agua *Dos objetos del mismo tamaño de preferencia redondo Desarrollo: Tomar la bandeja y verter suficiente agua como para observar las ondas. Mueve uno de los objetos hacia arriba y hacia abajo en el agua y observa la onda que se forma.

Toma tu segundo objeto y crea ondas al otro extremo de la bandeja para observar la interferencia destructiva. Puedes hacer una bolita de papel y ponerla en medio de la bandeja, esta debería no moverse como consecuencia de la cancelación de ondas. Para crear ondas constructivas pon tus dos objetos uno al lado del otro y crea ondas en esa posición para observar la interferencia .Trata de que los pulsos sean iguales para que se vea como se duplica la amplitud de las ondas.

Prueba de conocimientos: 14

1.-La interferencia destructiva se origina en cuando dos ondas que viajan en el mismo medio van en direcciones opuestas: FALSO

VERDADERO

2.- ¿Cuál sería la amplitud de la onda resultante si sumamos  y

2A

?

A

4A

6A

3.-La interferencia de dos ondas circulares con la misma frecuencia y amplitud resulta en una onda estacionaria. FALSO

VERDADERO

4.-Los nodos se producen cuando la interferencia destructiva siempre ocurre en el mismo lugar: FALSO

VERDADERO

5.- El aumento en la frecuencia va a resultar en más líneas por centímetro y menos distancia entre cada línea consecutiva. FALSO

VERDADERO

6.- ¿Cuál debe de ser el desfasamiento entre dos ondas para que la interferencia sea constructiva? 0π

π

2π

3π

Conclusión: Para poder comprender el comportamiento de ondas como el sonido o la luz, debemos poner atención a todo tipo de ondas y saber cómo interactúa con las demás ondas que viajan en su medio. Debe tenerse en cuenta que los fenómenos como la interferencia de ondas pueden ser perjudiciales a la hora de diseñar un prototipo y traer consecuencias como la cancelación del sonido.

15

Bibliografía: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena11/4q11_c ontenidos_2d.htm

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EXAMEN

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EXAMEN a) Relaciona junto a cada definición la letra del concepto correspondiente en la columna derecha. 1._b_ tasa a la cual la energía que es transportada a) Sonido por la onda fluye por un área unitaria A perpendicular a la dirección de propagación de la onda. 2._d_ Se experimenta siempre que hay un b) Intensidad de onda movimiento relativo entre la fuente y el observador. 3. __a_  Onda mecánica y longitudinal, que se c) percibe por el oído, y se emite por la voz.

Superposición

ondas

4.__e_ Se forma cuando el emisor se mueve más d) Efecto Doppler rápidamente que la velocidad de propagación de las ondas, no hay ondas delante del emisor, entonces las ondas se acumulan detrás 5. _c__  Nos indica que cuando dos o más ondas e) Ondas de choque se mueven en el mismo medio lineal, el desplazamiento neto del medio en cualquier punto es

igual

a

la

suma

algebraica

de

desplazamientos causados por todas las ondas.

18

los

de

b) Marca la cuestión verdadera (V) o de falsa (F), según sea correspondiente. V

F

Cuando se superponen ondas armónicas de la misma frecuencia se pueden producir patrones ondulatorios sostenidos en el tiempo. Este fenómeno es lo que se le conoce como interferencia

V

F

2.-La onda estacionaria es una onda que nunca permanece en la misma posición.

V

F

3.- 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.

V

F

4.- Cuando dos ondas o vibraciones de frecuencias ligeramente diferentes se suman, se producen pulsaciones.

V

F

5.- Denominamos frecuencia de pulsación a las variaciones en la intensidad de un sonido, que se producen cuando dos ondas de frecuencias próximas interfieren entre sí.

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c) A completa los siguientes enunciados correctamente. 1. La Velocidad  de las ondas sonoras depende de la compresibilidad y la inercia del medio.

2.  A distancias de la fuente que son grandes si se les compara con la longitud de onda, podemos aproximar los frentes de onda por medio de planos paralelos. A este tipo de onda se le conoce como: Onda plana.

3. Cuando se superponen ondas armónicas de la misma frecuencia se pueden producir patrones ondulatorios sostenidos en el tiempo. Este fenómeno se le conoce como: Interferencia 4. Si la constante de fase es cero, entonces la amplitud resultante es 2 A0. En este caso, se dice que las ondas estarán en fase, por lo que interferirán: Constructivamente. Por otra parte, si f es igual a p rad, o a cualquier múltiplo este caso, las ondas interferirán: Destructivamente. 5. Se denomina: Pulsación o batido a las variaciones en la intensidad de un sonido, que se producen cuando dos ondas de frecuencias próximas interfieren entre sí.





Sonido

Pulsación o







Onda plana

Refracción

Destructivamente





batido 





Velocidad

Ondas

Constructivamente No periódica

sonoras

20

Interferencia

PROBLEMAS 1. Un cuerpo de 0,4 g de masa cae desde una altura de 3 m, con velocidad inicial nula. Al llegar al suelo el 0,08 por ciento de su energía cinética se convierte en un sonido de duración 0,7 s. a) Halle la potencia sonora generada. b) Admitiendo que la onda sonora generada puede aproximarse a una onda esférica, estime la distancia máxima a la que puede oírse la caída de la bolita si el ruido de fondo sólo permite oír intensidades mayores que 20 -9 W/m2

                                                                                   √         √          Datos

Formula

Sustitución y resultados

21

2. El nivel de intensidad sonora del altavoz de una nave es de70 dB a 15 m de distancia. Suponiendo que el altavoz es un foco emisor puntual, calcule: a) El nivel de intensidad sonora a 2 Km de distancia. b) La distancia a la que la sirena deja de ser audible .

                                                   √               √     

Datos

Formula

Sustitución y resultados

a)

b)

22

3.

9

La sirena de una ambulancia se emite con frecuencia 3.2x10  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 600Hz menos que la emisora. ¿Cuál es la velocidad del coche? Considerar que el coche actúa como receptor y emisor .

Datos

Formula

Sustitución y resultados

                                      

23

4. La frecuencia de la campana de una iglesia es de 200 Hz. Si el tren se mueve a una velocidad de 20 m/s (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 15m/s en la misma dirección que el tren pero en sentido contrario ¿con qué frecuencia oye ahora el silbato?

Datos

       

Formula

Sustitución y resultados

                                                           24

5. La ecuación de una onda transversal que se propaga por una cuerda viene dada por: y = 0.07sin (0.50π x + 20πt) (Unidades S.I.)

Calcular: a) La frecuencia, el periodo, la longitud de onda y la velocidad de propagación. b) La velocidad transversal en un punto cualquiera de la cuerda Datos

    

Formula

Sustitución y resultados

         

                     

25

TALLER

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TALLER # 2 ONDAS SONORAS. 1.- Siempre que la amplitud sea suficientemente grande, el oído humano puede percibir ondas sonoras dentro de un intervalo de frecuencia comprendidas aproximadamente, entre 20 y 20,000 (ciclos/s). Calcúlense las longitudes de ondas correspondientes a estas frecuencias: a) para ondas sonoras en el aire (velocidad = 346 m/s) y b) para ondas sonoras en el agua (velocidad en el agua =1450 m/s). Datos

     ⁄    ⁄ a)

 

Formulas

Solución

a)

b)

b)

  ⁄   ⁄     ⁄       ⁄   

2.-Dos sonidos tienen niveles de intensidad sonora de 50dB y 70dB, respectivamente. Calcule cual será la relación entre sus intensidades.

                                       Datos

Formulas

27

Solución

3.- Un trozo de varilla de cobre de 3m tiene una densidad de 8,800Kg/m³ y el módulo de Young para el cobre es de 1.17x10^11Pa. ¿Cuál es su velocidad?

     Datos

Formulas

 √ 

Solución

          ⁄

4.- Se ha medido en 3380m/s la rapidez de las ondas longitudinales en una varilla de cierto metal cuya densidad es de 7850Kg/m³.

⁄    Datos

Formulas

Solución

    ⁄       

5.-Una persona que está frente a una pared, da una palmada y oye el eco al cabo de 2.10s. Después se acerca hacia la pared, en dirección perpendicular a ella, y cuando ha recorrido 50m, se detiene y da otra palmada. Si el eco de esta segunda palmada tarda 1.80 s en ser percibido por la persona. Calcula: a) La velocidad del sonido en el aire.

B) La distancia inicial de la persona a la pared. SOLUCION: a) 333m/s

350m Datos

      

       

Formulas

28

Solución

            

b)

                      a)

b)



6.-En un parque una mujer recibe dos sonidos producidos simultáneamente, cuyos niveles de intensidad sonora son 80 dB y 90dB, calcula: a) La intensidad del sonido resultante 3Wm²

b) El nivel de intensidad sonora del mismo. SOLUCION: a) 0 1.1.X10^b) 90.4dB

Datos

Formulas

Solución

                                                               29

7.-Un sonido de 30dB llega al oído de una niña. Si el tímpano se considera como un círculo de 2.2mm de radio, calcula la energía que le llega al oído en dos minutos. SOLUCION: 1.8X10^-12J Datos

Formulas

Solución

                                             8.-Una madre llama a su hijo desde una distancia de 100m y este oye la llamada con una sonoridad de 10dB. Calcula: a) La sonoridad con que el hijo percibe el mismo sonido si se acerca 10m de su madre. b) La distancia a la que debería alejarse el hijo para no percibir la llamada. SOLUCION:

a) 30 dB

b) 316.22m.

                                                                      √       Datos

Formulas

Solución

30

                     9.- ¿Cuantos niños deben gritar a razón de 50dB cada uno para producir en total una sensación sonora de 70dB? SOLUCIÓN: 100 niños. Datos

  

     Formulas

Solución

    

11.- Una marca de aspirador establece en su propaganda que trabaja con un nivel de intensidad de sonido máximo de 70dB, ¿Cuál es la máxima intensidad de sonido del aspirador? Datos

SOLUCION: 10^-5W/m². Formulas

Solución

                       

31

12.-Demuestra que un sonido con un nivel de intensidad de 70dB tiene una intensidad 1,000 veces mayor que la de un sonido con un nivel de intensidad de de 40dB

₁ ₂                              ₂₁        

SOLUCION: I = 10^3I Datos

Formulas

Solución

13.- Si te acercas tres veces más a un foco sonoro, ¿Cómo variaría la intensidad del sonido? SOLUCION: I = 9I Datos

Formulas

32

Solución

14.-Una ventana cuya superficie es de 1.5m² está abierta a una calle cuyo ruido produce un nivel de intensidad de 65dB. ¿Que potencia acústica penetra por la ventana? SOLUCION; 4.74X10^-6 W. Datos

   

Formulas

Solución

               

 

15.- Si al gritar frente a una roca, oyes el eco al cabo de 4 s, ¿A qué distancia de ti esta la roca? Datos

  ⁄

Formulas

 

  ⁄      Solución

16.-Un barco emite simultáneamente un sonido dentro del agua y otro en el aire. Si otro barco detecta los dos sonidos con una diferencia de 2 segundos. ¿A qué distancia están los dos barcos? SOLUCION; 680m Datos

   ⁄

Formulas

 

33

  ⁄      Solución

17.- Calcule la velocidad del sonido en el elemento Mercurio. El cual tiene un módulo volumétrico de 2.8 E 10³ N/m² y su densidad de 13600 Kg/m³. ¿Cuál es el módulo de Young para ese metal? Datos

Formulas

Solución

      (  ⁄ )    18.-La densidad del aluminio es de 2.7x 10^3 kg/m³. Utilice el valor para la velocidad del sonido en el aluminio para calcular el módulo de Young correspondiente a este material. Velocidad del sonido del Aluminio = 6420 m/s Datos

   ⁄

Formulas

Solución



 ⁄    

20.- Una fuente puntual de ondas sonoras con una salida de 80 W. Encuentre la intensidad a 3 m de la fuente. Hallar la distancia a la cual el sonido es 10 –8 W/m². Datos

  

Formulas

  

 √   34

Solución

 √    

21.-Calcule el nivel sonoro en decibeles de una onda sonora que tenga una intensidad de 40 mW/m², 4 mW/m² ,0.4 W/ m² y 4.0μW.

Datos

Formulas

Solución

                                      

                     

22.- La boca de un bebe está a 30 cm de la oreja de su padre y a 3 m de la su madre. ¿Qué diferencia hay entre los niveles de intensidad de sonido que escuchan ambos padres? Datos

    

Formulas

     

Solución

                             35

    EFECTO DOOPLER 24.-Sonar náutico, la fuente de sonido del sistema de sonar de un barco opera a 25.0kHz, la rapidez del sonido en el agua es de 1480 m/s. a) Calcule la longitud de onda de las ondas emitidas por la fuente. b) Calcule la diferencia de frecuencia entre las ondas radiadas directamente y las reflejadas en una ballena que viaja directamente hacia el barco a 5.85m/s. El barco se encuentra en reposo en el agua.

    ⁄              ⁄⁄               

Datos

Formulas

    ⁄   ⁄

Solución

25.- Un tren viaja a 35 m/s en el aire tranquilo, la frecuencia de la nota emitida por su silbato es de 300Hz. Diga que frecuencia oye un pasajero de un tren que se mueve en dirección opuesta a 15 m/s y : a) Se acerca el primer tren. b) Se aleja de él.

  ⁄⁄    ⁄ Datos

     Formulas

36

  ⁄       ⁄  ⁄⁄       Solución

a)

  ⁄       ⁄  ⁄⁄        b)

26.-Una ambulancia viaja al este por una carretera con velocidad 33.5 m/s ; su sirena emite sonido con una frecuencia de 400 Hz. Qué frecuencia escucha una persona en un auto que viaja al oeste con velocidad 24.6 m/s (a) cuando el auto se acerca a la ambulancia. (b) cuando el auto se aleja de la ambulancia.

  ⁄⁄         ⁄⁄  ⁄⁄           ⁄ ⁄      ⁄⁄    ⁄ Datos

Formulas

Solución

a)

b)

    

27.- Un conductor viaja al norte con velocidad 25 m/s. Un auto policial que viaja al sur con 40 m/s, se acerca con su sirena emitiendo a una frecuencia de 2 500 Hz. (a) ¿Qué frecuencia observa el conductor cuando se acerca el auto policial? (b) ¿Qué frecuencia observa el conductor cuando se aleja el auto policial?

  ⁄⁄    ⁄ Datos

     Formulas

37

  ⁄       ⁄  ⁄⁄       Solución

a)

  ⁄       ⁄  ⁄⁄        b)

28.- Parado en un cruce de caminos, escuchas una frecuencia de 560 Hz de la sirena de un auto policial que se acerca. Después que el auto pasa, la frecuencia de la sirena es 480 Hz. Determine la velocidad del auto. Datos

      

       ⁄  ⁄     ⁄ Formulas

Solución

29.- Un tren se mueve a 20m/s paralelo a una autopista. Un auto viaja en la misma dirección que la del tren a 40m/s. La bocina del auto suena a 510 Hz, y el silbato del tren, a 320 Hz, a) Cuando el carro está detrás del tren, ¿Qué frecuencia del silbato del tren percibe un ocupante del auto? b) Cuando el carro está frente al tren, ¿Qué frecuencia percibe un pasajero en el tren del claxon del carro cuando acaba de pasarlo?

  ⁄⁄          ⁄ Datos

     Formulas

Solución

b)

38

  ⁄⁄ ⁄⁄         ⁄⁄ ⁄⁄       a)

30.-Un tren pasa una plataforma de pasajeros a una rapidez constante de 40.0 m/s. El silbato del tren suena a una frecuencia característica de 320 Hz. a) ¿Qué cambio en la frecuencia detecta una persona en la plataforma conforme el tren pasa? b) ¿Qué longitud de onda detecta una persona conforme el tren se aproxima?

   ⁄⁄    ⁄ Datos

     Formulas

 

  ⁄       ⁄  ⁄⁄       ⁄⁄ ⁄⁄       ⁄  Solución

ONDAS ESTACIONARIAS 32.- Una onda sonora en el aire tiene una amplitud de presión igual a 4x10-3N/m². Calcule la amplitud de desplazamiento de la onda a una frecuencia de 10KHZ Dato: la densidad de equilibrio del aire a 20ºC es ρ= 1.30Kg/m³ y la rapidez del sonido es de v= 343m/s. Las variaciones de presión ∆P se miden en relación con la presión

atmosférica 1.013x10+5N/m².

      ⁄ Datos

Formulas

Solución

  

     ⁄          39

             33.- Se desea construir una flauta de forma que cuando están tapados todos los agujeros emita una nota de 240HZ. Si la flauta se comporta como un tubo de extremos abiertos, determina la longitud de onda de la misma. SOLUCION; 0.664m

   

Datos

    

Formulas

    

Solución

34.-Determine la frecuencia fundamental y los tres primeros sobre tonos para un tubo de

20

cm Datos

a

    

20ºC

si

dicho

tubo

   Formulas

40

está

abierto

por

ambos

lados.

       Solución

35.- El segundo sobre tono de un tubo cerrado es de 1200 Hz a 20ºC. ¿Cuál es la longitud del tubo? Datos

   

   

    

Formulas

Solución

36.-Tenemos dos tubos de 3m de longitud, uno abierto y otro cerrado. Compare la longitud de onda del cuarto sobre tono de cada tubo a 20ºC. Datos

   

Formulas

     

Solución

                   

37.-Calcula la frecuencia fundamental de un tubo sonoro de 9.60m que esta’ abierto por sus dos extremos Datos

    

   Formulas

41

       Solución

38.- Los tubos más largos de un órgano miden 4,8 m, de longitud. ¿cuál es la frecuencia fundamental de la nota emitida por ellos., a) si son abiertos, b) si son cerrados?. La frecuencia fundamental de un tubo de órgano abierto corresponde al Do medio (261.6Hz en la escala cromática musical). La tercera resonancia de un tubo de órgano cerrado tiene la misma frecuencia ¿Cuál es la longitud de cada tubo? Datos

        

Formulas

             

42

Solución

                               

a)

39.- Los terremotos producen ondas sísmicas longitudinales (ondas P), y transversales (ondas S), a una profundidad de 1000 Km. bajo la superficie terrestre, las ondas viajan cerca de 6400 m/s., a) ¿qué longitud de onda tiene una onda S, cuyo periodo de oscilación es de 2.0 s.?

   Datos

Formulas



Solución a)

    

40.-Una cuerda en ambos extremos mide 8.36 m de largo y tiene una masa de 122 g. Está sujeta a una tensión de 96.7 N, y se hace vibrar. a)¿qué rapidez tienen las ondas en la cuerda?. b)¿cuál es la longitud de onda de la onda estacionaria más larga posible?. c) Indique la frecuencia de esa onda. Datos

   

Formulas

Solución

         

                   

43

a)

41.- ¿Cuáles son las tres frecuencias más bajas de las ondas estacionarias en un alambre de 9.88 m de largo que tiene una masa de 0.107 kg, y que estiramos con una tensión de 236 N? L = 9.88 m; m = 0.107 kg, T = 236 N, µ = 0.0108 kg/m Datos

        

Formulas

Solución

        

 

                                           

44

42.- ¿En cuánto aumentará la intensidad sonora de una onda cuando el receptor se aproxime desde una distancia 2r a otra r del punto donde se emita la onda?  A) 2 veces B) 16 veces C) 4 veces D) 8 veces 43.- ¿Cuál de las siguientes propuestas acerca de ondas estacionarias es falsa?  A)

Las ondas estacionarias se originan al superponerse dos ondas de la misma

frecuencia que se propagan con igual velocidad pero en sentido contrario. B)

La frecuencia de la onda estacionaria resultante es la misma que la de las ondas

componentes. C)

La amplitud de la onda estacionaria resultante varía con la posición x del punto

considerado. D) La aparición de ondas estacionarias en una línea de transmisión es un fenómeno deseable para que se transmita la totalidad de la energía desde la fuente al receptor. 44.- Dos ondas de ecuaciones y1=6 sen (1500 t - 250 x) y y2=6 sen (1500 t + 250 x) interfieren. Hallar la ecuación de las ondas estacionarias resultantes: a)

U=24 cos 250 x sen 1500 t

b)

U=12 cos 500 x sen 3000 t

c)

U=12 cos 250 x sen 1500 t

d)

U=24 cos 500 x sen 3000 t

45.- Una cuerda sujeta por ambos extremos, vibra de acuerdo con la ecuación Y=3 sen (πx/3) cos (50πt), donde x e Y se expresan en cm si t viene en segundos. La distancia

entre dos nodos consecutivos es: a)

6 cm

b)

3 cm

c)

10 cm

d)

8 cm 45

46.- Disponemos de un almacén de focos sonoros iguales de los que se sabe que cada uno tiene un nivel de intensidad sonora de 40 dB. El número de focos necesarios para alcanzar un nivel de intensidad sonora de 80 dB es:  A)

2

B)

30

C) 100 D) 10.000 47.- Respecto de una onda estacionaria, señale la proposición verdadera: a)

Los nodos avanzan en el sentido de la onda dominante.

b) En un antinodo la elongación es fija, en todo momento, y su valor coincide con la amplitud. c) Entre nodo y antinodo existe una separación que se corresponde con un medio de la longitud de onda. d)

Se produce una superposición de dos ondas con idénticas amplitud y frecuencia.

46

ANEXOS (FIRMAS DE TAREAS)

47

TAREA 1 1. Una bolita de 0,1 g de masa cae desde una altura de 1 m, con velocidad inicial nula. Al llegar al suelo el 0,05 por ciento de su energía cinética se convierte en un sonido de duración 0,1 s. a) Halle la potencia sonora generada. b) Admitiendo que la onda sonora generada puede aproximarse a una onda esférica, estime la distancia máxima a la que puede oírse la caída de la bolita si el ruido de fondo sólo permite oír intensidades mayores que 10 -8 W/m2

                                                                                       √         √          Datos

Formula

Sustitución y resultados

48

TAREA 1 2. El nivel de intensidad sonora de la sirena de un barco es de 60 dB a 10 m de distancia. Suponiendo que la sirena es un foco emisor puntual, calcule: b) El nivel de intensidad sonora a 1 Km de distancia. b) La distancia a la que la sirena deja de ser audible .

                                                                 √                √     

Datos

Formula

Sustitución y resultados

c)

d)

49

TAREA 1 3. Razone si son verdadero o falso las sig. Suposiciones: a) La intensidad de la onda es emitida por una fuente puntual es directamente proporcional a la distancia de la fuente La afirmación es falsa. La intensidad de una onda es la energía que se propaga por unidad de tiempo (potencia) y unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación.

 

 :Para una fuente puntual la superficie a la que llega la onda es una esfera,

S = 4π R 2 :Por lo tanto, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la

distancia a la fuente emisora.

b) Un incremento de 30 dB corresponde a un aumento de la intensidad en un factor 1000. La afirmación es verdadera. Se define el nivel de intensidad sonora β que se expresa en decibelios dB como



Donde I es la intensidad e I 0 la intensidad umbral para el oído humano. Vamos a calcular la intensidad sonora para una fuente de intensidad 1000.I

        =

Con lo que demostramos que a la fuente de intensidad 1000.I le corresponden 30 decibelios más que a la de intensidad I.

50

TAREA 2 1. 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?

Datos

Formula

Sustitución y resultados

                                                                                         51

TAREA 2

2.

9

El radar de la policía emite con frecuencia 1.5x10   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 .

Datos

Formula

Sustitución y resultados

                                    3.- 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) ¿cuál es la velocidad del submarino en el eje vertical? Velocidad del sonido en agua de mar: 1540 m/s

                             Datos

Formula

52

Sustitución y resultados

TAREA 4 1. La ecuación de una onda transversal que se propaga por una cuerda viene dada por: y = 0.06sin (0.40π x + 50πt) (Unidades S.I.)

Calcular: a) La frecuencia, el periodo, la longitud de onda y la velocidad de propagación. b) La velocidad transversal en un punto cualquiera de la cuerda c) Admitiendo que esta onda se propaga a lo largo de una cuerda fija por ambos extremos, ¿cuál será la ecuación de la onda estacionaria resultante de la interferencia de la onda dada con la onda reflejada en el otro extremo y que se propaga en sentido contrario? d)

La

distancia

entre

dos

vientres

consecutivos de la onda estacionaria Datos

    

Formula

Sustitución y resultados

         

                            53

TAREA 4 1. Dos

ondas

senoidales

se

describen

por

las

ecuaciones

y1= (5.00 m) sen [2p(4.00x- 1 200t)] y y2= (5.00 m) sen [2p(4.00 x  – 1200t  – 0.250)] donde x, y1 y y2 están en metros y t en segundos, a) ¿Cuál es

la amplitud de la onda resultante? b) ¿Cuál es la frecuencia de la onda resultante? y =   2A 0 cos ( /

Datos

  

2) sen (k x  - t  - / 2)] Formula

Sustitución y resultados

    

a)

54

          

CONCLUSIÓN En conclusión podemos decir que el sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitida por un medio elástico, como el aire, los elementos necesarios para que el sonido pueda producirse son cualquier cuerpo que vibre a cierta frecuencia audible y un medio elástico que sirva de vehículo para que llegue a nuestros oídos y sea interpretado por nuestro cerebro. La velocidad de propagación del sonido depende del medio en el que este se disperse ya sea el aire, el agua, gases y diferentes metales, en el aire cuando la temperatura sea inferior mayor será la velocidad de propagación. La intensidad, el tono y el timbre son las cualidades del sonido, los niveles de audición tienen un espectro que se encuentra entre los 20 y 20,000 Hz., el umbral de dolor es de 120 dB, para medir los niveles del sonido se utiliza un aparato llamado Sonómetro. Las unidades de medida que se utilizan en el sonido son los Hz y los dB. Una exposición a 100 dB causa daño irreversible al oído a mas de 100 dB La acústica es la rama de la física y de la técnica que estudia el sonido en toda la amplitud, ocupándose así de su producción y propagación, de su registro y reproducción, de la naturaleza del proceso de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y del proyecto de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una perfecta audición. El efecto Doppler se origina cuando hay un movimiento relativo entre la fuente sonora y el oyente cuando cualquiera de los dos se mueve con respecto al medio en el que las ondas se propagan

55