Fsi

ca

3er a

o

3aoFsica

3aoFsicaDesde su propio nombre, Conexos-el conjunto de bienes educativos que hemoselaborado para afrontar los nuevos retos de la Educacin Media-est comprometido con un mundo de interrelaciones, en el quelos saberes no son estticos ni estn encerrados en espacios restringidos, sino que andan en constante movimiento, dispersosen infi nitas redes. Estos materiales didcticos apuntan a potenciarlos vnculos, activar los contactos, descubrir los enlaces.

El aprendizaje signifi cativo, que cultivamos como una de las premisas conceptuales de todos nuestros materiales didcticos, tieneuna importancia creciente en esta serie, pues atiende las necesidadesde estudiantes que ya han avanzado a otra fase de su educacin formal. La necesidad de que las competencias adquiridas sean tiles para la vida es en Conexos una estrategia vital.

2013 by Editorial Santillana, S.A.Editado por Editorial Santillana, S.A.N de ejemplares: 5600Reimpresin: 2014

Av. Rmulo Gallegos, Edif. Zulia, piso 1. Sector Montecristo, Boleta. Caracas (1070), Venezuela.Telfs.: 280 9400 / 280 9454www.santillana.com.ve

Impreso en Venezuela por: Artes Graficas Rey, C.A.

ISBN: 978-980-15-0654-6Depsito legal: lf63320129003927

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin previa de los titulares del Copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblico.

El libro Fsica 3er ao de Educacin Media es una obra colectiva concebida,diseada y elaborada por el Departamento Editorial de Editorial Santillana S.A.,bajo la direccin pedaggica y editorial del profesor Jos Manuel Rodrguez R.

En la realizacin de esta obra intervino el siguiente equipo de especialistas:

Fsica 3er ao

Coordinacin de arteMireya Silveira M.

Diseo de unidad grfi caMireya Silveira M.

Coordinacin de unidad grfi caMara Elena Becerra M.

Diseo de portadaMireya Silveira M.

Ilustracin de la portadaWalther Sorg

Diseo y diagramacin generalMara Elena Becerra M.Eleazar Moreno

Documentacin grfi caAndrs Velazco

IlustracionesFondo Documental Santillana

InfografasOliver Gonzlez

FotografasFondo Documental Santillana

Retoque y montaje digitalEvelyn Torres

Edicin general adjuntaIns Silva de Legrburu

Edicin general Lisbeth C. Villaparedes de Maza

Edicin ejecutivaLisbeth C. Villaparedes de Maza

Edicin Evelyn Perozo de Carpio

Textos oipraC ed ozoreP nylevE

Profesora, mencin Matemtica. Universidad Pedaggica Experimental Libertador.

Gabriel Abelln Poleo Fsico Terico Universidad Central de Venezuela.

azaM ed sederapalliV .C htebsiL Profesora, mencin Matemtica. UniversidadPedaggica Experimental Libertador

sajeM etyaM Licenciada en Educacin, mencin Fsica y Matemtica. Universidad Catlica Andrs Bello

Correccin de estiloMariv CoelloKarina Hernndez

Lectura especializadaGabriel Abelln PoleoFsico Terico, Universidad Central de Venezuela

3aoFsicaSOLO PGINAS SELECCIONADAS PARA MUESTRA

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

Estructura del libroInicio de unidad

Desarrollo de los temasActvate. Preguntas relacionadas con situaciones dela vida cotidiana, orientadas a evocar conocimientos previos vinculados con los temas o generar inquietudes acerca de los nuevos contenidos a desarrollar.

Contenido. Tema con informacin actualizada, presentada a travs de textos e imgenes, organizadores y recursos grficos novedosos.

Experiaprendo. Actividades experimentales sencillas que permiten comprobar algunos de los contenidos desarrollados, as como potenciar habilidades procedimentales e inquietudes cientficas.

Actividades experimentales sencillas que experimentales sencillas que permiten comprobar algunos Pensamiento crtico.

Actividades especiales que estimulan la capacidad de reflexin y la emisin de juicios de valor sobre los contenidos de los temas.

Informacin complementaria. Datos adicionales que enriquecen los temas, relacionados con diversas reas del conocimiento, as como con aspectos de la vida cotidiana, como el trabajo, la tecnologa, el ambiente y la diversidad cultural del pas.

Logros esperados. Enunciados breves que describen los principales conocimientos, valores, habilidades y destrezas que se pretenden consolidar con el desarrollo de los contenidos de la unidad.

Idea para la accin. Resea de la actividad grupal para contribuir al desarrollo de proyectos, trabajos especiales o lneas de investigacin, para ser llevada a cabo durante o al final de la unidad.

Infografa. Recurso grfico que permite despertar el inters con relacin a los temas de la unidad. Contiene datos y preguntas que favorecen la interaccin, participacin y reflexin para introducir los nuevos contenidos.

Para reflexionar y debatir. Preguntas dirigidas a generar conclusiones a partir del anlisis de la informacin y los datos planteados en la infografa.

2

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

Idea para la accin. Desarrollo de la actividad anunciada al inicio de cada unidad, con sugerencias para su planificacin, puesta en prctica y evaluacin, como estrategia para la generacin de conocimientos.

Cierre de unidad

En sntesis. Ideas claves y frmulas. Resumen de la informacin ms relevante abordada en la unidad as como frmulas utilizadas en esos conceptos.

Esquema de conceptos. Mapa conceptual que permite relacionar de forma concreta los principales aspectos principales de la unidad.

En sntesis. Ideas claves y frmulas.

Conexos con Datos informativos que ponen en evidencia la relacin de la Fsica con otras reas del conocimiento y laborales, resaltando su aplicacin e importancia.

Actividades de refuerzo. Ejercicios, preguntas y casos de anlisis, vinculados con los temas abordados en la unidad. Persiguen el desarrollo de las distintas habilidades del pensamiento.

Actividades. Preguntas, ejercicios, casos y situaciones de anlisis para validar, afianzar y reforzar los contenidos vistos. Estimulan la capacidad de razonamiento en el plano individual, y la interaccin por medio del trabajo en equipo.

Infografas. Temas con una propuesta grfica diferente y novedosa, que presentan la informacin a travs de imgenes y textos asociados, para aprender de manera dinmica.

3

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

U1 Conocimientos bsicos ................ 6Tema 1 La fsica como ciencia ................................................ 8

Tema 2 Frmulas y despejes .................................................. 10

Tema 3 Magnitudes fsicas .................................................... 12

Tema 4 Teora de errores ........................................................ 16

Tema 5 lgebra vectorial ........................................................ 20

Tema 6 Anlisis de grfi cas .................................................... 26

Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 30 En sntesis .................................................................. 32 Idea para la accin: Construccin de instrumentos

de medicin ................................................................ 33

U2 Cinemtica, dinmica y esttica . .................................. 34

Tema 1 El movimiento y sus caractersticas .......................... 36

Tema 2 Movimiento rectilneo uniforme ................................ 40

Tema 3 Movimiento rectilneo uniformemente variado .............................................. 44

Tema 4 Movimiento vertical ................................................... 48

Tema 5 Dinmica. Primera ley de Newton ............................. 52

Tema 6 Segunda y tercera ley de Newton ............................. 58

Tema 7 Aplicaciones de la segunda ley de Newton ........................................................... 66

Tema 8 Cantidad de movimiento lineal e impulso ................. 70

Tema 9 Ley de gravitacin universal ...................................... 74

Tema 10 Centro de masa y centro de gravedad ....................... 78

Tema 11 Equilibrio .................................................................. 82Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 88 En sntesis .................................................................. 90 Idea para la accin: Construccin de un puente

de un solo pilar .......................................................... 91

U3 Calor y temperatura ..................... 92Tema 1 La temperatura ........................................................... 94

Tema 2 Trabajo y energa ....................................................... 96

Tema 3 Dilatacin ................................................................... 100

Tema 4 El calor ....................................................................... 102

Tema 5 Capacidad calrica ..................................................... 104

Tema 6 Estados de agregacin ............................................... 112

Tema 7 Gas ideal ................................................................... 116

Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 122 En sntesis .................................................................. 124 Idea para la accin: Desarrollo de una actividad

experimental .............................................................. 125

U4 Acstica ..................................... 126Tema 1 Movimiento ondulatorio ............................................ 128

Tema 2 Ondas mecnicas: el sonido ...................................... 134

Tema 3 Comportamiento del sonido ....................................... 138

Tema 4 Efectos sonoros .......................................................... 146

Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 152 En sntesis .................................................................. 154 Idea para la accin: Construccin de un instrumento

musical ....................................................................... 155

ndice

.......................................................................

Idea para la accin: de medicin ................................................................ 33

4

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

U5 Electricidad y magnetismo ........... 156Tema 1 Carga elctrica ........................................................... 158

Tema 2 Electrosttica. Campo elctrico ................................. 164

Tema 3 Electrosttica. Potencial elctrico ............................. 172

Tema 4 Magnetismo ............................................................... 174

Tema 5 Corriente elctrica ..................................................... 180

Tema 6 La resistencia elctrica .............................................. 184

Tema 7 Circuitos con resistencias .......................................... 190

Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 196 En sntesis .................................................................. 198 Idea para la accin: Construccin de un generador

de corriente continua ................................................. 199

U6 ptica ......................................... 200Tema 1 Luz .............................................................................. 202

Tema 2 Propagacin de la luz: refl exin ................................. 208

Tema 3 Propagacin de la luz: refraccin .............................. 216

Tema 4 Instrumentos y aparatos pticos ............................... 220

Cierre Actividades de refuerzo ............................................ 224 En sntesis .................................................................. 226 Idea para la accin: Produccin de un documental

sobre ilusiones pticas .............................................. 227

Solucionario ........................................................................... 228

Fuentes consultadas ............................................................. 232

A propsito del lenguaje de gneroSegn la Real Academia de la Lengua Espaola y su correspon-diente Academia Venezolana de la Lengua, la doble mencin de sustantivos en femenino y masculino (por ejemplo: los ciudadanos y las ciudadanas) es un circunloquio innecesario en aquellos casos en los que el empleo del gnero no marcado sea sufi cientemente explcito para abarcar a los individuos de uno y otro sexo.

Sin embargo, desde hace varios aos, en Editorial Santillana he-mos realizado un sostenido esfuerzo para incorporar la perspectiva de gnero y el lenguaje inclusivo, no sexista en nuestros bienes educativos, pues valoramos la importancia de este enfoque en la lucha por la conquista defi nitiva de la equidad de gnero.

En tal sentido, en nuestros textos procuramos aplicar el lenguaje de gnero, al tiempo que mantenemos una permanente preocu-pacin por el buen uso, la precisin y la elegancia del idioma, fi nes en los que estamos seguros de coincidir plenamente con las autoridades acadmicas.

A propsito de las Tecnologas de la Informacin y la ComunicacinEditorial Santillana incluye en sus materiales referencias y enlaces a sitios web con la intencin de propiciar el desarrollo de las com-petencias digitales de docentes y estudiantes, as como para comple-mentar la experiencia de aprendizaje propuesta. Garantizamos que el contenido de las fuentes en lnea sugeridas ha sido debidamente validado durante el proceso de elaboracin de nuestros textos.

Sin embargo, dado el carcter extremadamente fl uido, mutable y dinmico del mbito de la Internet, es posible que despus de la llegada del material a manos de estudiantes y docentes, ocurran en esos sitios web cambios como actualizaciones, adiciones, supre-siones o incorporacin de publicidad, que alteren el sentido original de la referencia. Esos cambios son responsabilidad exclusiva de las instituciones o particulares que tienen a su cargo los referidos sitios, y quedan completamente fuera del control de la editorial.

Por ello, recomendamos que nuestros libros, guas y Libromedias sean previa y debidamente revisados por docentes, padres, madres y representantes, en una labor de acompaamiento en la validacin de contenidos de calidad y aptos para el nivel de los y las estudiantes.

174

180

184

190

196

5

U4La msica es benefi ciosa para el organismo segn la infl uencia que ejerza en el cerebro. De all la importancia de elegir de forma cuidadosa el tipo de msica que va a acompaar las acciones del da a da.Estudios realizados en Estados Unidos y en la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, demuestran que el tipo de msica que se oye determina en gran medida el comportamiento del ser humano. A continuacin se muestran algunas conclusiones de dichos estudios:

Jazz relajante o hip hop energizante?

ACSTICA

LOGROS ESPERADOS Reconocer las propieda-

des, el comportamiento y los efectos del sonido en slidos, lquidos y gases.

Analizar la propagacin sonora a partir de situacio-nes reales e imaginarias.

Producir sonidos de diferentes amplitudes, frecuencias y armnicos.

Reconocer las ondas sonoras y su compor-tamiento en medios acsticos.

IDEA PARA LA ACCINConstruccin de un instrumento musical

Al fi nal de esta unidad construirn un instrumento musical usando los princi-pios fsicos de las ondas sonoras.

Msica acadmica

Msica romntica

Msica Hard Rock

Aumenta la actividad del lbulo temporal, por lo que contribuye al crecimiento de un feto y al desarrollo de un nio recin nacido, mejorando su capacidad intelectual y fsica y despertando su creatividad. Produce, en estos, resultados sorprendentes en el fortalecimiento del sistema inmune, adems de una sensacin de bienestar. En el adulto, proporciona el estado mental apropiado para el aprendizaje.

Disminuye la angustia y el dolor, contribuye a mejorar el nimo y olvidarse de los problemas poniendo al oyente de buen humor. Reduce el estrs.

Estimula la oxitocina,llamada hormona del amor, que tiene que ver con los sentimientos y la excitacin.

Msica metalSe alteran las testosteronas liberando una

explosin de energa. Al rato de haberla escuchado, estos compuestos se disuelven

y las zonas occipitales estimuladas comienzan a liberar estrgenos, que vuelven reflexivos

o nostlgicos a los oyentes. Hip hop o electrnica

Es un tipo de msica particular excelente para bailar o hacer deporte pues estimulan

la produccin de hormonas energticas que promueven la actividad constante.

Msica Hard Rock

llamada hormona del amor,

Disco y popDan al oyente sensacin de alegra y promueve la desinhibicin dndole voluntad y motivacin

para ejecutar una accin.

Jazz y blues

A pesar de lo que se cree, este gnero no pone triste al oyente, al contrario, permite que

la tristeza desaparezca, fomenta la serenidad, agudiza los sentidos y tranquiliza la mente.

Agregar punto fi nal

126 ACSTICA

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

E

DIT

ORI

AL

SAN

TILL

AN

A, S

.A.

Para refl exionar y debatirQu msica te gusta escuchar? Qu sensaciones te produce? Actualmente la msica acadmica es poco escuchada por los jvenes. A qu crees que se deba? Qu efectos crees que produzca en el cerebro la msica con ritmo constante como el reggaetn o la cumbia? Puedes describir el ciclo acstico que ocurre desde que una onda sonora es emitida por el instrumento musical hasta que llega al cerebro del oyente?

Msica acadmica

Msica romntica

Msica Hard Rock

Aumenta la actividad del lbulo temporal, por lo que contribuye al crecimiento de un feto y al desarrollo de un nio recin nacido, mejorando su capacidad intelectual y fsica y despertando su creatividad. Produce, en estos, resultados sorprendentes en el fortalecimiento del sistema inmune, adems de una sensacin de bienestar. En el adulto, proporciona el estado mental apropiado para el aprendizaje.

Disminuye la angustia y el dolor, contribuye a mejorar el nimo y olvidarse de los problemas poniendo al oyente de buen humor. Reduce el estrs.

Estimula la oxitocina,llamada hormona del amor, que tiene que ver con los sentimientos y la excitacin.

Msica metalSe alteran las testosteronas liberando una

explosin de energa. Al rato de haberla escuchado, estos compuestos se disuelven

y las zonas occipitales estimuladas comienzan a liberar estrgenos, que vuelven reflexivos

o nostlgicos a los oyentes. Hip hop o electrnica

Es un tipo de msica particular excelente para bailar o hacer deporte pues estimulan

la produccin de hormonas energticas que promueven la actividad constante.

Disco y popDan al oyente sensacin de alegra y promueve la desinhibicin dndole voluntad y motivacin

para ejecutar una accin.

Jazz y blues

A pesar de lo que se cree, este gnero no pone triste al oyente, al contrario, permite que

la tristeza desaparezca, fomenta la serenidad, agudiza los sentidos y tranquiliza la mente.

A pesar de lo que se cree, este gnero no pone A pesar de lo que se cree, este gnero no pone

la tristeza desaparezca, fomenta la serenidad,

AcsticA 127

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Tema 1

Movimiento ondulatorio Cuando se perturba la superficie del agua en reposo, se produce un movimiento a travs de la superficie del agua que se propaga en forma de ondas. La perturbacin originada en un punto, llamado foco, llega progresivamente a todas las partculas del agua en cierto tiempo. Si se coloca una hoja en el agua, mientras ocurre el movimiento ondulatorio, cuando la perturbacin la alcanza se ve cmo la hoja no avanza sino que sube y baja. Esto hace pensar que la perturbacin no arrastra al agua en estado de reposo, sino que la altera en forma de onda.

acTvaTeQu ocurre con las ondas en el agua de una piscina cuando tocan el borde?

Movimiento ondulatorio

A medida que la onda avanza, el medio se perturba pero no se desplaza con la onda. Lo que se transmite a medida que avanza la onda es energa y cantidad de movimiento.La onda ocupa una regin extendida del espacio; para describirla se utilizan conceptos diferentes como la longitud y la frecuencia de la onda.

Muchos fenmenos en la naturaleza pueden describirse utilizando las ondas. Por ejemplo, los cambios de temperatura a lo largo del da. En este caso no oscila el medio sobre el cual se propaga la onda, sino cierta magnitud fsica.

Clases de ondas Las ondas se pueden clasificar segn diversos criterios, tales como el sentido de propagacin de la onda, la direccin de vibracin de las molculas del medio y el medio por el que se propagan.

Segn el sentido de propagacin de la onda, estas se clasifican en ondas viajeras y ondas estacionarias.

Ondas viajeras. Se propagan partiendo desde la fuente, sin volver atrs. Por ejemplo, la luz del Sol que viaja por el espacio y llega al planeta Tierra, sin devolverse; o bien las ondas que se propagan por la superficie del agua en un lago. Las ondas viajeras se propagan libremente transportando la energa desde el foco a otros lugares del espacio.

Ondas estacionarias. Aparecen al superponerse dos ondas viajeras idnticas que se propagan en sentidos opuestos resultando en una onda inmvil en el espacio.

Adicionalmente, las ondas se clasifican en transversales y longitudinales de acuerdo a la direccin de vibracin de las molculas del medio.

Una onda es la propagacin de una perturbacin a travs del espacio en un intervalo de tiempo.

La perturbacin llega a todas las partculas del agua.

foco

128 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Ondas transversales. Las partculas del medio vibran en direccin perpendicular a la direccin en que se propaga el movimiento ondulatorio. Por ejemplo las ondas en la superficie de los lquidos.

Ondas longitudinales. Las partculas del medio vibran en la misma direccin en la que se propaga el movimiento ondulatorio. Por ejemplo, las ondas producidas por un resorte cuando se hala uno de sus extremos en la misma direccin del resorte.

En funcin al medio donde se propaguen, las ondas se clasifican en mecnicas y electromagnticas.

Ondas mecnicas. Son aquellas que necesitan de un medio material para propagarse. Por ejemplo, las ondas de sonido son ondas mecnicas que se pueden propagar por el aire, lquidos o materiales slidos. Una onda trasladndose en un resorte es un ejemplo de onda mecnica donde el medio de propagacin es el resorte.

Ondas electromagnticas. Este tipo de onda no necesita de un medio material para propagarse, sino que lo puede hacer en el vaco, es decir, en ausencia de partculas que transporten la energa de la onda. Sin embargo, este tipo de ondas tambin pueden propagarse a travs de un medio material. Son ejemplos de ondas electromagnticas las ondas de radio, la luz visible, los rayos X y las microondas.

Elementos del movimiento ondulatorio En el movimiento de una onda se distinguen los siguientes elementos: Amplitud (A). Se refiere a la altura de una

cresta o la profundidad de un valle. A mayor amplitud de la onda, mayor es la energa que propaga.

Longitud de onda (). Distancia que hay entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibracin. Su unidad en el Sistema Internacional de medicin es el metro (m).

Perodo (T). Tiempo en segundos (s) que le toma a la onda recorrer una distancia igual a una longitud de onda. El tiempo que cada partcula del medio tarda en oscilar, coincide con el perodo de la onda.

Frecuencia (f ). Nmero de longitudes de onda que se propaga en un segundo. El perodo y la frecuencia son inversos entre s, es decir, T 5 1f y f = 1T. La unidad de frecuencia es el inverso de un segundo, es decir, el segundo a la menos uno (s1). A esta unidad se le llama hertz (Hz).

Velocidad de propagacin (v). Distancia que recorre la perturbacin de una onda en un segundo. El tiempo que invierte la perturbacin en avanzar una longitud de onda es el perodo, por lo tanto v 5

T o tambin

v 5 f.

Longitud de onda ()

Posicin de equilibrio

Amplitud (A)

Cresta

Valle

Velocidad de propagacin

Velocidad de propagacin

Vibracin

Vibracin

Ondas transversales

Ondas longitudinales

MoviMiento ondulAtorio 129

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Frente de onda y rayos Existen dos conceptos relacionados con el movimiento ondulatorio: el frente de onda y el rayo.

El frente de onda es la superficie constituida por todas las partculas que son alcanzadas por una onda en un mismo instante. Un rayo es cualquier direccin en la que se propaga un movimiento ondulatorio.

En el caso del agua en estado de reposo en una piscina, los frentes de onda quedan definidos por circunferencias concntricas que se forman a partir del foco de la perturbacin. Adems a partir del foco salen infinidad de rayos, que tienen la propiedad de ser perpendicular en cada punto a los frentes de onda, como se muestra en la imagen de la izquierda.

Interaccin de las ondas con la materia Cuando en su recorrido las ondas se encuentran con un obstculo, que puede ser un medio diferente o incluso otra onda, puede que cambien su comportamiento. Estos cambios responden a ciertas leyes fsicas que ayudan a predecir qu pasar con una onda en una circunstancia especfica.

En la superficie que separa dos medios, llamada interfaz, las ondas se pueden reflejar y se pueden refractar. Es decir, pasar de un medio a otro cambiando la direccin de su movimiento. Las ondas tambin pueden experimentar un proceso de difraccin, que se relaciona con la capacidad de bordear obstculos.

Reflexin de ondas Las ondas al chocar con un obstculo pueden presentar cambios de direccin que dependen del material del obstculo. En este fenmeno se distinguen los siguientes elementos:

ngulo de incidencia (i ). ngulo que forma el rayo inci-dente con la direccin definida por la normal del obstculo.

ngulo de reflexin (r ). ngulo que forma el rayo refle-jado con la direccin definida por la normal del obstculo.

Onda reflejada. Se identifica mediante los frentes de onda que se alejan del obstculo. La direccin en que se propaga esta onda est determinada por el rayo reflejado.

Onda incidente. Se identifica mediante los frentes de onda que inciden sobre el obstculo. La direc-cin en que se propaga esta onda est dada por el rayo incidente.

El ngulo de reflexin es igual al ngulo de incidencia.

Elementos en la reflexin de ondas

Frentes de ondas(circunferencias concntricas)

Normal

Infinidad de rayos perpendiculares a los frentes de ondas

foco

iRayo incidente

Rayo reflejado

\ i 5 \ r

r

130 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Refraccin de ondas El proceso de refraccin consiste en el cambio de direccin que experimenta un movimiento ondulatorio cuando pasa de un medio material a otro. En este proceso se pueden distinguir los siguientes elementos: Onda incidente. Se identifica mediante los frentes de onda que se

propagan en el primer medio. La direccin en que se propaga esta onda queda determinada por el rayo incidente.

ngulo de incidencia (i). ngulo que forma el rayo incidente con la normal a la superficie de separacin de los medios materiales.

Onda refractada. Se identifica mediante los frentes de ondas que se propagan en el segundo medio. La direccin en que se propaga esta onda es determinada por el rayo refractado.

ngulo de refraccin (r). ngulo que forma el rayo refractado con la normal a la superficie de separacin de los medios materiales.

EjEmploLa onda que se muestra en la imagen recorre 8 m al realizar los 4 ciclos. De acuerdo a estos datos, determinar la amplitud de onda, el perodo, la longitud de onda, la frecuencia y la velocidad de propagacin.

Procedimiento

2. Se busca el perodo, es decir, el tiempo que la onda tarda en hacer un ciclo. Esto se observa en el eje horizontal de la grfica.

1. Se determina la amplitud que es la altura de una cresta o un valle. Para ello se observa en el eje vertical del grfico.

3. Se calcula la longitud de onda. Como la onda recorre 8 m al dar 4 ciclos, se divide para saber cuantos metros avanza la onda en un ciclo.

4. Se halla la frecuencia que es el inverso del perodo.

5. Se calcula la velocidad de propagacin.

A 5 4 m

T 5 5 s

v 5 2 m * 0,2 Hz 5 0,4 m/s

Respuesta: la amplitud de la onda es de 4 m, el perodo es de 5 s, la longitud de onda es de 2 m, la frecuencia es de 0,2 Hz y la velocidad de propagacin es de 0,4 m/s.

Rayo incidente

Frente de ondas refractadas

Normal

Rayo refractado

i

Amplitud (m)

Tiempo (s)5 10 15 20

4

2

2

4

5 8 m4 5 2 m

f 5 1T 5 1

5 s 5 0,2 Hz

r

MoviMiento ondulAtorio 131

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades Para realizar en el cuaderno1 Clasifica cada onda segn su medio de propagacin y direccin de vibracin.

Las ondas de radio Una ola Un rayo solar Las ondas producidas al estirar a lo largo un resorte

2 Razona y responde: a) Si una onda aumenta su frecuencia, aumenta tambin su perodo? Por qu? b) Las tres ondas de la imagen se propagan a la misma intensidad (amplitud).

Cul de las tres tiene mayor frecuencia? Por qu? Cul de las tres tiene mayor longitud de onda? Por qu? c) Una onda efecta 12 ciclos en 4 s. Cul es su frecuencia? d) La velocidad de propagacin de una onda sonora en el agua es de 1 500 m/s.

Cul ser la longitud de onda de un sonido que se propaga en el agua y cuya frecuencia es 440 Hz?

e) En la figura, la onda se propaga con una velocidad de 80 m/s y la cuerda tiene una longitud de 4 m. Cul ser la frecuencia de vibracin?

f ) Un bote que se encuentra anclado es movido por olas cuyas crestas estn separadas 15 m y cuya rapidez es de 6 m/s. Con qu perodo las olas llegan al bote?

g) Una lancha que se encuentra flotando en el mar completa 8 ciclos en 10 s. Si las ondas de agua en el mar van a una velocidad de 4 m/s, cul es su longitud de onda?

h) El sonido emitido por una sirena tiene una longitud de onda de 30 mm. Cul es la frecuencia de ese sonido?

i) Un frente de onda se propaga por la superficie de un estanque con un perodo de 4 s y una velocidad de 20 m/s. Cul es el valor de la longitud de onda correspondiente?

j) Una onda va a 36 km/h y su frecuencia es de 2 Hz. Cunto vale su longitud de onda en centmetos?

k) En la orilla de un tanque circular de 6 m de radio, se pone un aparato que emite dos oscilaicones cada segundo. La perturbacin tarda 30 s en llegar al centro. Cul es la longitud de las ondas formadas?

B

C

A

132 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

La ecolocalizacin es un sistema por el cual algunos animales, como los murcilagos y los delfines, emiten vibraciones para ver lo que los rodea. El eco del sonido emitido les permite determinar la posicin del cuerpo u objeto que reflej el sonido. El tipo de sonido emitido vara segn la especie, pero tiene un rango de frecuencias que van desde 30 000 Hz hasta los 90 000 Hz. Responde: a) Por qu los seres humanos no

emitimos ni percibimos los ultrasonidos?

b) Cmo podra contribuir la ecolocalizacin a personas con discapacidad visual?

3 Analiza y haz lo que se pide en cada caso. a) En la imagen se observa una onda incidente sobre una superficie reflectora. Dibuja la onda

reflejada suponiendo que la onda incide en la superficie en un ngulo de 48.

b) En el centro de un tanque circular de 5 m de radio se deja caer una piedra y se forman ondulaciones que tardan 20 s en llegar al borde del tanque. Si entre el borde y el centro del tanque se forman 50 ondulaciones; calcular la longitud de la onda, el perodo y la frecuencia de las ondas formadas.

c) Un sonar emite en el agua del mar una serie de ultrasonidos de frecuencia de 40 000 Hz. Si la velocidad del sonido es de 1 700 m/s; calcular la longitud de onda de los ultrasonidos en este medio.

d) Calcular la distancia donde se produce una tormenta, si luego de haber visto el rayo se escucha su trueno 4 s despus. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s.

e) Un pato que nada en una laguna efecta 4 oscilaciones en 5 s. Calcular el perodo de las ondas causadas por las oscilaciones del pato.

f ) Una onda se propaga con una frecuencia de 200 Hz. Cunto vale su perodo?

4 Encuentra el perodo y la frecuencia del movimiento ondulatorio representado en el grfico.

5 4 cm v 5 20 cm/s

48

Rayo incidenteNormal

48

Pensamiento crtico

MoviMiento ondulAtorio 133

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Tema 2

Ondas mecnicas: el sonidoacTvaTeA travs de qu medios crees que se puede propagar el sonido?

Ondas mecnicas Las ondas mecnicas son aquellas que se propagan en un medio material que puede ser: slido, lquido o gaseoso. Estas ondas tambin son consideradas perturbaciones de las propiedades mecnicas de un medio material (posicin, velocidad y energa de sus tomos o molculas) que se propagan en el medio.

Las ondas entran al conducto

auditivo y transmiten la

vibracin al tmpano.

Algunos objetos producen vibraciones que generan ondas sonoras.

Las ondas sonoras se transmi-ten a travs de partculas de

aire.

Oido Cadenade huesecillos

Conductoauditivo

Nervioauditivo

Los lquidos contenidos en los hueseci-llos transfieren la vibracin al nervio

auditivo que conduce una seal al cerebro. En ese momento es cuando se percibe y se reconoce el sonido.

El tmpano, que est unido a la cadena de huesecillos, lleva la vibracin al oido interno.

Las ondas producidas por el barco y su contacto con el mar se propagan a trves del agua.

Las ondas emitidas porel avin se propagan

por el aire.

Las ondas emitidas por el motordel barco se propagan a travs

de sus paredes de metal.

Cerebro

El sonido

Las ondas emitidas por

134 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Las ondas entran al conducto

auditivo y transmiten la

vibracin al tmpano.

Algunos objetos producen vibraciones que generan ondas sonoras.

Las ondas sonoras se transmi-ten a travs de partculas de

aire.

Oido Cadenade huesecillos

Conductoauditivo

Nervioauditivo

Los lquidos contenidos en los hueseci-llos transfieren la vibracin al nervio

auditivo que conduce una seal al cerebro. En ese momento es cuando se percibe y se reconoce el sonido.

El tmpano, que est unido a la cadena de huesecillos, lleva la vibracin al oido interno.

Las ondas producidas por el barco y su contacto con el mar se propagan a trves del agua.

Las ondas emitidas porel avin se propagan

por el aire.

Las ondas emitidas por el motordel barco se propagan a travs

de sus paredes de metal.

vibracin al oido

Cerebro

El sonido

Las ondas producidas por el barco y su contacto con el mar se propagan a trves del agua.

ondAs MecnicAs: el sonido 135

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Ondas sonoras Los fenmenos sonoros estn relacionados con las vibraciones de los cuerpos materiales. Por ejemplo, al golpear un tambor, la membrana que lo cubre vibra produciendo sonido; de igual forma pasa al soplar una flauta, ya que la columna de aire que est en su interior tambin vibra.

Todos estos objetos son fuentes de sonido que al vibrar producen ondas que se propagan en un medio material que se encuentra entre el objeto que produce la vibracin y el odo.

La rapidez de una onda depende del medio en el cual se propaga. Como el sonido es una onda mecnica, requiere de un medio para propagarse y su rapidez depende de la elasticidad de este medio.

Rapidez del sonidoUna onda de sonido tiene mayor rapidez en un medio de mayor elasticidad, es decir, en un medio que tenga mayor capacidad para recuperar su forma inicial, en el cual los tomos estn relativamente juntos, por lo que reaccionan rpidamente al movimiento mutuo, transmitiendo la energa de las ondas con muy pocas prdidas.

La rapidez de una onda longitudinal, como la del sonido, en un medio lquido o gaseoso depende de la compresibilidad y de la densidad del medio. Si el lquido tiene un mdulo volumtrico y una densidad , la rapidez (v) de la onda de sonido en ese medio lquido se puede obtener con la frmula v 5

.

Para ondas de sonido longitudinales en una barra slida de material, la rapidez (v) depende del mdulo de elasticidad (Y ), o mdulo de Young, y de la densidad del materia que se obtiene a travs de la

frmula v 5 Y .Por su parte, el sonido en el aire, a 0 C y 1 atm, viaja con una rapidez de 331 m/s. Si aumenta la temperatura, la rapidez del sonido en el aire se incrementa, esto se debe a que la agitacin de las molculas de un gas aumenta con la temperatura. La rapidez se incrementa aproximadamente en 0,6 m/s por cada grado Celsius de aumento de temperatura (T). Esto se expresa mediante la relacin v 5 (331 1 0,60T) m/s.

Las nubes de CalderEl Aula Magna de la Universidad Central de Venezuela, en Ca-racas, es considerada una de las salas con la mejor acstica de Lati-noamrica. Las nubes de Calder, estructuras colgantes en el techo en principio decorati-vas, estn calibradas para ofrecer la mejor transmisin del sonido al pblico espectador.

diveRSidad culTuRal

Aula Magna de la Universidad de Venezuela.

EjEmplo Determinar la velocidad del sonido a temperatura ambiente (20 C).

Procedimiento

Se utiliza la relacin de la velocidad y la temperatura, sustituyendo T por 20 C.

v 5 (331 1 0,60 *20) m/sv 5 343 m/s

Respuesta: la velocidad del sonido a temperatura ambiente es 343 m/s.

136 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades Para realizar en el cuaderno

En un juego de la Serie del Caribe un espectador est ubicado en un asiento en las gradas del jardn central, a 113 m de la primera base. El espectador ve que el pie del corredor toca el cojn y medio segundo despus escucha el sonido de la pelota en el guante del primera base. El rbitro seala que es out y la fanaticada lo pita y lo abuchea. Responde: a) El rbitro estuvo en lo cierto o no?b) Qu beneficios ofrece a un individuo practicar deportes

como el bisbol?

1 Razona y responde: a) Por qu se puede sentir en el suelo la vibracin de una explosin lejana antes de que se oiga

su sonido? b) Qu condiciones del aire haran que el sonido se escuchara con ms facilidad a grandes

distancias? c) Cuando una onda sonora pasa del aire al agua, cambia la frecuencia o la longitud de onda?

2 Selecciona la opcin correcta que completa la oracin inicial. a) Una onda sonora es una onda: A Longitudinal C Compresional B Transversal D Todas las anteriores b) Por lo general, la rapidez del sonido es mayor en: A Slidos C Gases B Lquidos D El vaco c) La rapidez del sonido en el aire es: A Alrededor de 23 km/s C Alrededor de

15 km/h

B Depende de la temperatura D Todas las anteriores d) La rapidez del sonido en los slidos depende del: A Mdulo de Young C Mdulo de compresin B Mdulo volumtrico D Ninguno de los anteriores

3 Halla el tiempo que tarda el sonido en recorrer 3,5 km a una temperatura de 30 C.

4 Calcula la diferencia entre la velocidad del sonido en el agua y en el mercurio.

5 Responde: cul es la temperatura del aire si la velocidad del sonido es 0,340 km/s?

6 Determina la distancia que separa a un excursionista de una roca si este grita y 0,5 s despus oye el eco reflejado en la roca. La temperatura del aire es de 12 C.

7 Calcula el tiempo que pasa para que un polica escuche el sonido de un disparo producido por la pistola de otro polica que est a una distancia de 1,5 km. La temperatura del aire es 5 C. Ambos policas se encuentran en un ambiente boscoso.

Pensamiento crtico

Colocar una lnea como marcando la distancia desde el espectador hasta la primera base de 113 m

113 m

ondAs MecnicAs: el sonido 137

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Tema 3

Comportamiento del sonido

Principio de superposicin La mayor diferencia que existe entre el movimiento de las ondas y el de las partculas, es que las ondas no muestran ninguna clase de atraccin o repulsin entre ellas a diferencia de las interacciones entre partculas. Por esto, dos ondas pueden convivir en el mismo punto sin inconveniente.

Por ejemplo, si en algn punto de un lago coincidiesen dos crestas de una onda en un instante de tiempo y ambas miden 5 cm por encima del nivel normal del agua; estas ondas se combinaran en ese punto y formaran una cresta de 10 cm. Algo similar ocurrira si fueran dos valles.

Por otra parte, si coincide una cresta de 5 cm y un valle de 5 cm, entonces la combinacin producir una cancelacin entre ambas por lo que la altura ser de 0 cm. Esta suma de ondas se conoce como principio de superposicin. En este caso superposicin es una manera de decir adicin.

Propiedades del sonido El sonido puede describirse por unos pocos parmetros que permiten caracterizarlo, estos son: intensidad, altura y timbre.

Intensidad (I). La intensidad de una onda representa la relacin entre la potencia acstica y la superficie sobre la que incide la onda por unidad de tiempo y metro cuadrado, por lo que se mide en vatio por metro cuadrado (W/m2).

Esa cantidad de energa que se percibe habitualmente, en forma de ruido, msica o palabras, se traduce en una mayor o menor sensacin auditiva. Muchas veces la intensidad se confunde con el volumen.Los seres humanos no pueden percibir el espectro sonoro de forma total, sino solo una parte de l. La intensidad mnima que percibe el odo humano se llama umbral de audicin (I0) y tiene un valor de 1012 W/m2. La intensidad mxima que soporta una persona antes de sentir dolor, se llama umbral de dolor y tiene un valor de 1 W/m2. Debido a que el rango de audicin es tan amplio, se conviene utilizar una escala donde los valores se representan en decibeles (dB), siendo: el umbral de audicin de 0 dB mientras que el umbral de dolor es de 120 dB.

acTvaTeCmo es posible distinguir una misma nota pero tocada con dos instrumentos diferentes, como una guitarra y una flauta? Por qu no se confunden las notas?

Si dos o ms ondas se superponen, la onda resultante es la suma algebraica de las ondas individuales.

Niveles de intensidad sonora para

varias fuentes

Fuente Intensidad (dB)

Avin cerca 150

Concierto de rock 120

Tren 100

Avenida con trfico 80

Conversacin 50

Mosca 40

Susurro 30

Hojas de rboles 10

Umbral de audicin 0

Agregar rtulo a la imagen. Dos ondas superpuestas. Este rtulo debe estar rela-cionado con el punto en el que se unen las dos indas formadas por los dos patos

Na habr una imagen menos infantil?

Dos ondas superpuestas

Esta imagen no funciona. Las ondas deben chocar

138 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Altura. Se refiere a la frecuencia (f ) de la onda sonora que se propaga. Segn el tono, los sonidos pueden ser agudos (alta frecuencia), medios (frecuencia intermedia) o bajos (baja frecuencia).

La altura es un parmetro importante en la msica. La combinacin de alturas o frecuencias sucesivas es lo que se conoce como meloda; mientras que la combinacin simultnea de alturas es lo que se conoce como armona. Ambos elementos son muy importantes en la composicin de una obra musical.

Timbre. La propiedad que permite distinguir un sonido de otro, es lo que se conoce como timbre. El timbre depende principalmente de las propiedades acsticas del cuerpo que emite el sonido: su tamao, el material con que fue construido, la forma en que se toca el instrumento, la superficie donde se emite el sonido; y otros innumerables factores alteran el timbre de un instrumento.

Si se tiene una guitarra y un piano emitiendo un mismo sonido, es decir una nota a la misma altura, fcilmente es posible distinguir cul sonido es emitido de la guitarra y del piano, an cuando lo produzcan simultneamente.

El timbre es como la huella digital de un objeto que emite sonido, es su personalidad sonora, y es, por ejemplo, lo que hace inconfundible la voz de una persona respecto a otras voces.

Las innumerables variedades de timbres se ven reflejados en la forma que tiene la onda emitida por una fuente sonora. Esta forma ser nica para cada persona, instrumento o fuente sonora que existe en la naturaleza.

Velocidad del sonido El sonido es una onda mecnica que para propagarse necesita un medio material. Esto implica que el sonido no puede propagarse en el espacio vaco a diferencia de las ondas electromagnticas que s lo pueden hacer.

El hecho de que las ondas sonoras dependan de un medio material para su propagacin hace evidente que las caractersticas de la propagacin dependan de la clase de medio en que se desplace el sonido.

Normalmente se piensa que el sonido se propaga solamente en el aire, pero tambin puede propagarse por otros medios menos comunes como el agua o slidos como el hierro.

La velocidad del sonido en el aire a presin atmosfrica normal y a una temperatura de 20 C, es de 343 m/s. En medios diferentes al aire, el sonido se propaga a diferentes velocidades y, en el caso de los metales, esta velocidad alcanza valores muy altos.

Clasificacin del sonido segn la altura

Agudos f > 3 000 Hz

Medios 700 Hz , f , 3 000 Hz

Bajos f < 700 Hz

Diferentes formas de onda en instrumentos musicales.

coMportAMiento del sonido 139

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Velocidad del sonido en diversos medios En la tabla se muestran algunos valores para la velocidad del sonido en medios diferentes. Se observa que en los metales el sonido viaja ms rpido que en el aire. Estos datos se utilizan en problemas relacionados al sonido y su velocidad.

Respuesta: la piedra se lanz desde una altura de 71,4 m.

EjEmploSe deja caer una piedra en un pozo, el sonido se escucha 4 s despus de dejarla caer. Desde qu altura se lanz la piedra?

ComprensinSea h la altura buscada, la piedra debe recorrer esta distancia en cada libre y luego el sonido la recorre con movimiento uniforme hasta llegar a la persona que lanz la piedra. El tiempo que tard en caer la piedra ms el tiempo que dur el sonido en subir, suman 4 s. La velocidad del sonido (vs) es de 340 m/s. Se coloca el sistema de referencia en la superficie del pozo y se miden las distancias positivas hacia arriba.

Procedimiento

2. Se usa la ecuacin de posicin para el movimiento uniforme del sonido. En t2, el sonido llega a donde est la persona: y 5 h.

1. Se usa la ecuacin de posicin para la cada libre de la piedra. En t1, la piedra toca la superficie del pozo: y 5 0.

3. Se igualan los valores y se utiliza la condicin t1 + t2 5 4 para hallar t2.

4. De las soluciones se escoge el valor menor que 4 s. Luego, se halla h.

y 5 y0 1 v0t 1 12 gt

2 y 5 h 1 12 gt2

y 5 y0 1 v0t y 5 vst

h 5 340 t2

h 5 340 t2 5 340*0,21 5 71,4 m

0 5 h 1 12 gt12 h 5 4,9 t12

4,9 t12 5 340 t2 4,9(4 2 t2)2 5 340 t2 4,9t22 2 379,2 t2 178,4 5 0 t2 5 77,18,21 s o t2 5 0,21 s

Medio Temperatura (C) Velocidad (m/s)Aire 0 331

Hidrgeno 0 1 286Oxgeno 0 317

Agua 15 1 450Plomo 20 1 230

Aluminio 20 5 100Cobre 20 3 560Hierro 20 5 130

140 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Relacin entre intensidad y frecuencia El valor del umbral de audicin es de 1012 W/m2 para un sonido cuya frecuencia es 1 000 Hz. Este valor es diferente para cada frecuencia y se utiliza a menudo para referencias e investigaciones acsticas. El odo escucha de manera distinta las diferentes frecuencias del espectro sonoro.

El odo ms sensible puede escuchar frecuencias en un rango de aproximadamente 500 Hz hasta 2 000 Hz, lo cual corresponde al rango de voz humana.

La relacin entre intensidad y frecuencia es aplicada por los ingenieros de sonido en los estudios de grabacin, mezcla y produccin musical. Estos profesionales buscan que el rango de frecuencias medias no se encuentre saturado, es decir, que las frecuencias que son ms sensibles al odo humano no tengan alta intensidad ya que el odo fcilmente lo percibe y se fatiga.

Para lograr esto, los ingenieros de sonido utilizan ecualizadores y compresores de audio que permiten, entre otras cosas, lograr un buen balance entre la intensidad y la frecuencia de la obra musical.

Ecualizador. Se utiliza para balancear la relacin entre intensidad y frecuencia, entre otras cosas.

Materiales Reloj despertador de pilas Campana de vidrio Bomba de vaco

Experiaprendo Propagacion del sonido

Procedimiento1 Se activa la alarma del reloj y se coloca dentro

de la campana.

2 Se enciende la bomba de vaco y se extrae el aire dentro de la campana.

Anlisis y conclusiones Al inicio del experimento, el reloj poda escucharse a travs de la campana.

A medida que la bomba extrae el aire dentro de la campana, el sonido que emite el reloj deja de escucharse.

El sonido depende de un medio material para su propagacin.

La evolucin del sentido auditivo El sentido auditivo ha evolucionado de ma-neras distintas para hombres y mujeres.

El cerebro femenino est programado para or sonidos agudos como el llanto de un beb.

Esto explica por qu las madres primeri-zas, que antes tenan sueo profundo, pueden despertarse en mitad de la noche con cualquier sonido que emita el recin nacido.

conexoS con...bioloGa

Ecualizador. Se utiliza para balancear la relacin

coMportAMiento del sonido 141

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Instrumentos musicales Los instrumentos musicales tradicionales pueden clasifi carse en tres tipos: instrumentos de cuerda, instrumentos de viento e instrumentos de percusin. Instrumentos de cuerda. Producen sonido haciendo vibrar una o ms

cuerdas atadas por ambos extremos al cuerpo del instrumento. Esta cuerda est unida a un cuerpo o bloque de algn material (usualmente madera) que funciona como caja de resonancia para amplifi car el sonido producido por la vibracin de las cuerdas.

Los instrumentos de cuerda se clasifi can a su vez segn como sea el ataque de la cuerda. Estn los instrumentos de cuerda frotada como el violn, la viola, el cello y el contrabajo; los de cuerda pulsada como la guitarra y el arpa; y los de cuerda percutida como el piano.

Todas las variedades de ataque de los instrumentos de cuerda generan timbres distintos dndole un carcter distintivo a cada uno.

Instrumentos de viento. En los instrumentos de viento, el sonido se produce cuando ingresa una columna de aire que vibra dentro de un tubo produciendo el sonido. Los instrumentos de viento se clasifi can a su vez en instrumentos de viento metal y viento madera.

Los instrumentos de viento metal como la trompeta, el trombn, la tuba y el corno francs emiten sonidos cuando se hace vibrar la columna de aire dentro del tubo del instrumento haciendo vibrar los labios.

Otra forma de emitir el sonido es mediante la vibracin de una lengeta (simple o doble). De esta forma emiten sonido los instrumentos de viento madera como el oboe, el fagot, el clarinete o el saxofn.

Una ltima forma de emitir el sonido se da a travs de una rfaga de aire que pasa por un agujero y produce que la columna de aire vibre; as emiten sonido las flautas y piccolos.

Instrumentos de percusin. En esta clase de instrumentos (como tambores y platillos), una membrana es golpeada para producir sonido. La cualidad del sonido, su timbre, depender del material utilizado, de la forma geomtrica de la membrana y a veces de la tensin que se ejerce sobre la misma.

Los instrumentos musicales son objetos apropiados para hacer anlisis sobre acstica, debido a que es posible tener acceso a algunos de ellos y las experiencias a realizar son relativamente simples.

Instrumentos musicales Los instrumentos musicales tradicionales pueden clasifi carse en tres tipos: instrumentos de cuerda, instrumentos de viento e instrumentos de percusin. Instrumentos de cuerda

cuerdas atadas por ambos extremos al cuerpo del instrumento. Esta cuerda est unida a un cuerpo o bloque de algn material (usualmente madera) que funciona como caja de resonancia para amplifi car el sonido producido por la vibracin de las cuerdas.

Los instrumentos de cuerda se clasifi can a su vez segn como sea el ataque de la cuerda. Estn los instrumentos de cuerda frotada como el violn, la viola, el cello y el contrabajo; los de cuerda pulsada como la guitarra y el arpa; y los de cuerda percutida como el piano.

Todas las variedades de ataque de los instrumentos de cuerda generan

Los instrumentos musicales son objetos apropiados para hacer anlisis sobre acstica, debido a que es posible tener acceso a algunos de ellos y las

. En los instrumentos de viento, el sonido se produce cuando ingresa una columna de aire que vibra dentro de un tubo produciendo el sonido. Los instrumentos de viento se clasifi can a su vez en instrumentos de viento metal y

Otra forma de emitir el sonido es mediante la vibracin de una lengeta

Todas las variedades de ataque de los instrumentos de cuerda generan timbres distintos dndole un carcter distintivo a cada uno.

Instrumentos de vientoel sonido se produce cuando ingresa una columna de aire que vibra dentro de un tubo produciendo el

Los instrumentos de cuerda se clasifi can a su vez segn como sea el ataque de la cuerda. Estn los instrumentos de cuerda frotada como el violn, la viola, el cello y el contrabajo; los de cuerda pulsada como la guitarra y el arpa; y los de cuerda percutida como el piano.

Todas las variedades de ataque de los instrumentos de cuerda generan

Los instrumentos musicales son objetos apropiados para hacer anlisis Los instrumentos musicales son objetos apropiados para hacer anlisis

Trombn

Tuba

Trompeta

Redoblante

Piano

Guitarra

Violn

Bombo

142 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Efecto Doppler Cuando el emisor de un sonido, el receptor o ambos se mueven, esto hace que el sonido escuchado por el oyente tenga diferente frecuencia. A esta variacin se le conoce como efecto Doppler.

Si la fuente y el observador se acercan, las crestas de la onda inciden sobre el odo con mayor frecuencia. Si la fuente y el observador se alejan, las crestas de la onda inciden sobre el odo con menor frecuencia.

Si la fuente emite sonido a una frecuencia f y se mueve con velocidad vF, y el observador se mueve con velocidad vO, este escuchar a una frecuencia f dada por la siguiente frmula f 5 1v 6 vOv 7 vF 2 f donde v es la velocidad del sonido. En esta ecuacin se utiliza la siguiente convencin:

Si la fuente se mueve hacia el observador o el observador se mueve hacia la fuente, se utilizan los signos superiores de la frmula (1vO, 2vF).

Si la fuente se aleja del observador o el observador se aleja de la fuente, se utilizan los signos inferiores (2vO, 1vF).

Frecuencia segn la distanciaCuando la fuente y el observador se mueven uno hacia el otro, el obser-vador escucha una frecuencia ms alta que la frecuencia de la fuente en ausen-cia de movimiento relativo. Cuando la fuente y el obser-vador se alejan uno del otro, el obser-vador escucha una frecuencia ms baja que la frecuencia de la fuente.

Zoom

EjEmploLa sirena de una patrulla tiene una frecuencia de 2 800 Hz. Si el observador est en reposo, hallar la longitud de onda cuando el vehculo est en reposo y cuando se mueve hacia el observador con una velocidad de 100 km/h.

Procedimiento

2. Se calcula la longitud de onda de la sirena en reposo.

1. Se convierte la velocidad del vehculo a m/s.

3. Se calcula la frecuencia f que escucha el observador (vO = 0 m/s) cuando se mueve la fuente.

4. Se calcula la nueva longitud de onda.

Respuesta: cuando la fuente est en reposo, la longitud de onda es 0,12 m y cuando se acerca al observador se hace ms grande: 1,1 m. La variacin es 5 f 2 i 5 0,98 m. La longitud aument 98 cm.

Efecto Doppler

Frecuencia menorFrecuencia mayor

f 5 1v 6 vO v 7 vF 2 f f 5 1v 1 vO v 2 vF 2 f

100 km/h 11 000 m1 km 2 11 h

3 600 km 2 5 27,8 m/s

f 5 1 340 m/s340 m/s 27,8 m/s 2 2 800 Hz

5 v f

340 m/s2 800 s1

5 0,12 m

5 340 m/s305 s1

5 1,1 m

f 5 3 049 Hz

coMportAMiento del sonido 143

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades Para realizar en el cuaderno1 Une con una lnea las frases de la columna A con su correspondiente en la columna B.

es la fuerza con la que se percibe el sonido.

se refiere a la frecuencia (f ) de la onda sonora que se propaga.

siendo esta proporcional a la intensidad del sonido.

est asociado a la combinacin de ondas sonoras de diferentes frecuencias.

es mayor que en los lquidos o los gases ya que las partculas del medio estn juntas.

2 Relaciona cada imagen con la intensidad sonora y la sensacin sonora que producen.

3 Razona y responde: a) Si la velocidad del sonido dependiera de la frecuencia emitida, cmo sera la experiencia

de escuchar un concierto? b) En una explosin el temblor del suelo se siente antes de escucharse la explosin.

Por qu ocurre esto? c) La altura de una nota musical depende de la frecuencia, la intensidad, el timbre

o de todas las anteriores? Explica.

BA

Situacin Sensacin sonora

Dolor

Apenas audible

Ruido moderado

Ruido muy fuerte

a) El sonido es una onda mecnica que transporta energa

b) La velocidad de propagacin de un sonido en un slido

c) La intensidad del sonido

d) La altura

e) El timbre

Colocar lnea divisoria entre las columnas Inten-sidad sonora y Sensacin sonora. Separar las co-lumnas. Que no sea una tabla. Sino algo como para unir con lneas

Falta cambiar la imagen del avin

Intensidad sonora

20 dB

100 dB

140 dB

50 dB

144 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Jos camina por una calle y escucha la alarma de una tienda cercana sonar fuertemente. Responde:Si la fuente de sonido y Jos estn en reposo, uno respecto al otro pero hay brisa, se producir efecto Doppler?

4 Analiza y haz lo que se pide. a) Un buzo est sumergido en el mar y

escucha la corneta de un buque que est justo encima en la superfi cie. Al mismo tiempo que el buzo escucha la corneta, tambin lo hace una persona que est en la orilla del lago ubicada a 30 m del buque. Si la corneta est 1 m por encima de la superfi cie del lago, cul es la distancia entre la corneta y el buzo? (Supn que la velocidad del sonido en el aire es 338 m/s).

b) Una onda sonora en el aire tiene una frecuencia de 262 Hz y viaja con una rapidez de 343 m/s. Calcula la distancia de separacin entre las crestas de la onda.

c) Un avin vuela muy cerca del suelo con una velocidad de 800 km/h y el sonido tarda 5 s en ser escuchado por una persona. Calcula la distancia horizontal a la cual se encontraba el avin cuando la persona escuch el sonido.

d) En un automvil detenido se hace sonar una corneta de frecuencia 400 Hz. Determina la frecuencia que escuchar una persona que se aproxima en otro automvil a 72 km/h. (Considera la velocidad del aire 340 m/s).

e) Un camin de bomberos se mueve a 70 km/h y su sirena emite a una frecuencia de 600 Hz. Del otro lado de la calle, Beatriz viene en su carro a 90 km/h. Calcula la frecuencia que escucha Beatriz cuando se acerca y cuando se aleja del camin de bomberos. (Velocidad del aire 343 m/s).

f ) En algn planeta lejano, un ave macho vuela hacia su compaera con una velocidad de 30 m/s mientras canta a una frecuencia de 1 100 Hz. La hembra est sobre la rama de un rbol y escucha una frecuencia de 1 300 Hz. Determina la velocidad del sonido en ese planeta.

g) La alarma de un vehculo en reposo suena a una frecuencia de 850 Hz. Si Jos Luis se aleja del vehculo en motocicleta y escucha una frecuencia de 700 Hz, calcula la velocidad de la motocicleta.

Pensamiento crtico

la frecuencia que escuchar una persona que se aproxima en otro automvil a 72 km/h.

otro lado de la calle, Beatriz viene en su carro a 90

En algn planeta lejano, un ave macho vuela hacia su compaera con una velocidad

coMportAMiento del sonido 145

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Tema 4

Reflexin Las ondas sonoras tienen la propiedad de reflejarse; es decir, de rebotar y regresar al punto de partida cuando inciden sobre un obstculo que impide su propagacin. Una onda sonora se refleja de manera que el ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin como lo muestra la figura.

Por ejemplo, si una persona grita frente a un obstculo lejano, ocurre que adems de escuchar su voz directamente, recibe el sonido que emiti luego de ser reflejado en el obstculo. Este sonido reflejado es el eco.

Reverberacin Cuando se producen mltiples reflexiones del sonido o ecos, la claridad de la audicin se entorpece y los sonidos ya no pueden ser distinguidos por separado. A este fenmeno se le conoce como reverberacin.

La reverberacin se percibe como la permanencia de un sonido en un recinto, luego de suprimida la fuente sonora. Este factor influye de manera determinante en el comportamiento acstico de una sala de msica.

Se conoce como tiempo de reverberacin al tiempo necesario para que la intensidad del sonido disminuya en 60 dB. Este tiempo depender de los materiales utilizados en la construccin de la sala y de los muebles u objetos que se encuentren en ella.

RefraccinLa refraccin en las ondas sonoras ocurre cuando la onda pasa de forma oblicua de un medio a otro, alterando su direccin de propagacin. Esta desviacin sucede debido a que algunas partes de los frentes de onda viajan

a distinta rapidez al ingresar a un nuevo medio.

Cuando hay diferencias de temperatura, las ondas sonoras se refractan, ya que la rapidez de propagacin del sonido en el aire aumenta con la temperatura. Entonces, al anochecer o en un da fro, el sonido se propaga ms rpido en las capas altas que en las bajas, produciendo que el sonido se curvase hacia el suelo. Mientras que en un da caluroso ocurre lo contrario y el efecto es como si el sonido se curvase hacia arriba.

acTvaTeHas estado en un cuarto donde no hay ningn mueble? Qu pasa con el sonido en ese tipo de espacios?

Efectos sonoros

El odo humano y las ondas sonorasEl odo humano distingue dos sonidos de forma independiente si se perciben con un intervalo mnimo de 0,1 s. As, para que el odo pueda reconocer el sonido reflejado desde que se emite hasta que es percibido tras reflejarse (la ida y la vuelta), debe reco-rrer al menos 340 m/s *0,1 s, es decir, 34 m. Por lo tanto, la distancia mnima entre el emisor y el obst-culo para que se produzca eco

Salud y ambienTe

Incidencia

Caliente

Fro

Reflexin

146 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Absorcin del sonido Cuando una onda sonora incide sobre una superfi cie, parte de ella se refl eja y otra parte es absorbida por el medio sobre el cual incide. La absorcin de las ondas sonoras depende de las propiedades elsticas del medio por el cual se propagan. Las altas frecuencias del sonido son absorbidas de forma efi ciente en materiales blandos, porosos o de baja densidad como corchos, telas, espumas y lanas. Por el contrario, en materiales menos blandos como un piso de madera, paredes lisas o vidrio, no hay buena absorcin; es por esto que en lugares como una iglesia ocurre reverberacin mientras que una casa con muebles, alfombras y cortinas, no se aprecia este fenmeno.

La capacidad que tiene un material para absorber el sonido depende del coefi ciente de absorcin. Esta capacidad vara segn la frecuencia de la onda de sonido. Por ejemplo, si el coefi ciente de absorcin de un material es de 0,15 signifi ca que absorber el 15% de la energa que trae la onda incidente. Datos como este se utilizan para mejorar la acstica de los espacios. En la siguiente tabla se muestra el coefi ciente de absorcin para algunos materiales:

Vibracin forzada y resonancia Cuando se golpea un objeto hecho de material elstico, el objeto vibra con un conjunto de frecuencias que le es propio produciendo un sonido caracterstico. Es decir, el objeto tiene una frecuencia natural f

0, que depende

de algunas propiedades como la elasticidad y la forma del objeto.

Una vibracin es forzada cuando una fuente de ondas con cierta frecuencia f, impulsa y obliga a un objeto que tiene cierta frecuencia natural f

0 a vibrar

a la frecuencia f de la fuente. Cuando la frecuencia f de la fuerza impulsora es igual a la frecuencia natural f

0 del sistema, se dice que el sistema est en

resonancia. Cuando una cierta fuerza impulsora est en resonancia con un sistema, el sistema alcanza la mxima amplitud de vibracin.

Por ejemplo, si en un cuarto se escucha msica a alto volmen, esto produce ondas que tienen una frecuencia caracterstica. Es posible que los cristales de la ventana comiencen a vibrar sin que nadie los toque. Esto ocurre porque el cristal tiene la capacidad de vibrar a la misma frecuencia que la msica; y las ondas producidas por el radio fuerzan a los cristales a vibrar.

Ingeniera acsticaLas personas especialistas en fsica e ingeniera que se dedican a la acstica, estudian diversos materia-les y crean nuevos mtodos para lograr que una sala tenga las propiedades sonoras deseadas.

El estudio de los materiales que conforman una sala ayudan a desti-nar espacios para diversos nes, tales como: estudios de grabacin, sala de conciertos, set de grabacin, que aslan el sonido que se est produciendo en el interior y as evitan molestar las dems personas de la comunidad.

TRabaJo

MaterialFrecuencias (Hz)

125 250 500 1 000 200

Cortinas gruesas 0,14 0,35 0,55 0,72 0,70

Vidrio 0,30 0,20 0,20 0,10 0,07

Pared de ladrillos 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02

Madera 0,06 0,03 0,10 0,09 0,09

Alfombra gruesa 0,02 0,06 0,15 0,40 0,60

Cambiar imagen segn la solicitud realizada

efectos sonoros 147

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Interferencia constructiva

Interferencia destructiva

UltrasonidosLos sonidos con una frecuencia superior a 20 000 Hz se de-nominan ultraso-nidos y son muy tiles en diver-sas aplicaciones. Por ejemplo, se utilizan en medi-cina para desin-tegrar clculos depositados en los riones, sin necesidad de intervencin quirrgica.

conexoS con... medicina

Interferencia del sonido Las ondas sonoras, al superponerse, experimentan interferencia. Durante este fenmeno, la amplitud de las ondas aumenta cuando las crestas de una onda se superponen con las crestas de otra onda, y disminuye cuando las crestas de una onda se superponen a los valles de otra.

La interferencia afecta la calidad del sonido. Cuando una persona se encuentra en un punto equidistante a dos cornetas, como en la figura superior izquierda, el sonido resultante es ms intenso para la persona que percibe las ondas. Esto se debe a que las amplitudes de las ondas se adicionan, las crestas y valles de las ondas llegan a los odos de la persona al mismo tiempo. Esto se conoce como interferencia constructiva.

Por el contrario, si esa persona se mueve a la derecha o la izquierda del lugar inicial, entonces las trayectorias de las ondas provenientes de las cornetas cambian en media longitud de onda, provocando que las crestas de una de las cornetas lleguen a los odos de la persona al mismo tiempo que los valles de la otra corneta. Es decir, ocurre interferencia destructiva, lo cual puede ocasionar que el sonido no se escuche.

La audicin Las ondas sonoras producen vibraciones en el tmpano, las cuales se transmiten como ondas elsticas a travs de los huesecillos del odo medio. Estas ondas pasan a la cclea o caracol, donde se mide su frecuencia.

Al finalizar este proceso, se transmiten al cerebro como impulsos elctricos y all son procesados y analizados. rganos como el tmpano y la cclea no son capaces de percibir todas las frecuencias. Para una persona de aproximadamente 20 aos, la gama de frecuencias audibles se sita aproximadamente entre 20 Hz y 20 000 Hz, para una persona mayor este rango se reduce.

Ondas de choque Si una fuente de ondas se mueve ms rpido que la velocidad de las ondas que emite, no habr ondas delante de la fuente y todas las ondas se ubicarn detrs de esta formando lo que se conoce como una onda de choque.

Es posible observar ondas de choque cuando un ganso nada en un lago, este produce ondas en el agua con velocidad menor a la velocidad de desplazamiento del animal. El patrn que se observa en el agua es en forma de V. Tambin, se aprecian ondas de choque cuando un avin rompe la barrera del sonido: se escucha el estallido snico. Este no ocurre solo cuando se sobrepasa la barrera del sonido sino que est constantemente ocurriendo y a medida que se desplaza el avin el estallido tambin se desplaza con l.

148 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Teora fsica de la msica Todos los objetos, incluidos los instrumentos musicales, tienden a vibrar en forma natural con una frecuencia o un conjunto de ellas. Cada una de estas frecuencias naturales est asociada con un patrn de ondas estacionarias.

La mayor parte de los sonidos musicales estn formados por una superposicin de muchos tonos de diferentes frecuencias. La frecuencia mnima a la cual un medio puede vibrar con ondas estacionarias se le llama frecuencia fundamental f1.

Se llaman armnicos a los tonos (alturas) cuya frecuencia (fn) son mltiplos enteros de la frecuencia fundamental: fn 5 nf1.En esta ecuacin, n es un nmero natural. Por ejemplo el do central de un piano es de aproximadamente 261 Hz, mientras que el tercer armnico de este do es: f3 5 3f1 5 3

*261 Hz 5 783 Hz.

Instrumentos de cuerda Para el primer armnico se observan dos puntos que no oscilan llamados

nodos. La longitud de la cuerda (L) es la mitad de la longitud de onda,

es decir L 5 12 y por lo tanto 15 2L.

La msica y la culturaCada pueblo tiende a escuchar y considerar agradable, diferen-tes tipos de escalas sonoras. La msica de China o del Medio Oriente, poseen referentes estticos distintos a los de la msica occidental. En Venezuela, el violn andino puede parecer desa nado, sin embargo para ser apreciado debe com-prenderse y aceptar que esos son los intervalos correctos y que no son producto de un error de a na-cin del ejecutante.

diveRSidad culTuRal

L 5 12 Primer armnico

Agregar leyenda:

Las cuerdas de la guitarra vibran para producir el sonido. En el rgano, las teclas estan unidas a cuerdas que vibran al ser tocadas.

La frecuencia fundamental se halla con f 5 v

, donde v es la velocidad de la onda en la cuerda, es decir f1 5

v1.

Al conocer la frecuencia fundamental de una nota, se pueden calcular las frecuencias de los armnicos, estos son:

fn 5 nf1 fn 5 n v1 5 n

v2L

Instrumentos de vientoEl caso de los instrumentos de viento es ms complejo debido a que la frecuencia fundamental depender de si los extremos estn abiertos o est uno abierto y uno cerrado.

En el caso de ambos extremos abiertos las ecuaciones son idnticas a las enunciadas para los instrumentos de cuerda. En el caso de un extremo abierto y otro cerrado la frecuencia para cualquier armnico viene dada por la frmula: fn 5 (2n 2 1)

v4L

.El aire pasa a travs del instrumento y produce el sonido.

efectos sonoros 149

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades Para realizar en el cuaderno1 Razona y responde:

a) Por qu una persona escucha ms llena su voz cuando canta en la ducha? b) Un guitarrista y una flautista estn perfectamente afinados. Considere qu

puede ocurrir si hay un cambio de temperatura en el ambiente donde se encuentran. c) Por qu cuando una persona inhala gas de helio, su voz se escucha ms aguda? d) Un arpa tiene cuerdas de diferente longitud que producen diferentes alturas.

Cmo es posible obtener diferentes alturas en una guitarra? e) Una trompeta posee llaves y vlvulas con las cuales es posible obtener diferentes sonidos.

Por otra parte, existen variedades de cornetas que no poseen ni llaves ni vlvulas y aun as es posible tocar diferentes notas. Por qu es esto posible?

f ) Cuando un batalln militar atraviesa un puente, el jefe de batalln manda a romper filas y a caminar en forma normal. Por qu ocurre esto?

2 Une con una lnea cada frase de la columna izquierda con su respectiva continuacin en la columna de la derecha para completar la frase.

a) Cuando una onda llega a una superficie que limita su propagacin

b) Cuando una onda pasa de un medio a otro cuya velocidad de propagacin es diferente

c) Cuando dos ondas se propagan simultneamente en un medio

d) Cuando una onda se propaga sobrepasando los obstculos que encuentra

3 Analiza y realiza lo que se te pide en cada caso. a) Una persona parada frente a una montaa emite un grito

y escucha su eco 6 s despus de haber gritado. Calcula la distancia entre la persona y la montaa.

b) El ser humano puede escuchar frecuencias desde 20 Hz hasta 20 000 Hz. Determina la longitud de onda en el aire asociada para estas frecuencias.

c) Un marinero enva desde su embarcacin una seal hacia la profundidad del mar directamente hacia abajo y escucha su eco 1,5 s ms tarde. Determina la profundidad del mar en ese punto.

cambia su direccin generando una onda reflejada cuyo ngulo de reflexin es igual a su ngulo de incidencia.

se produce una interferencia.

cambia de direccin, refractndose.

se produce una difraccin.

Fta nmero de pgina y rtulo 150 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

El director de una coral ha visitado varias salas para evaluar cul espacio resultara mejor para un evento recital que est programando con voces blancas (nios y nias). Ha encontrado dos salas que le parecen perfectas, pero una de ellas tiene unas cortinas bastante gruesas en el escenario y la otra tiene una alfombra gruesa en el rea reservada para los espectadores. Responde: De acuerdo con los coeficientes de absorcin de estos dos materiales, cul de las dos salas debera escoger el director del coro? Por qu?

d) En un estudio de grabacin se est probando un sistema de atenuacin del eco, incorporando una capa de alfombra a la superficie de las paredes. Si una onda de amplitud 100 mm incide sobre las paredes alfombradas.

Determina cunto es absorbido por la pared. Determina cunto es reflejado por la pared. La suma de lo absorbido con lo reflejado es igual a la amplitud inicial?

Explica tu respuesta. e) Una cuerda de guitarra se tensa. Conociendo que la longitud de la cuerda es de 62 cm, calcula

la frecuencia fundamental y el segundo armnico. Considera que la velocidad de la onda en la cuerda es 362 m/s.

f ) Un tubo est cerrado en un extremo. Si la frecuencia del tercer armnico es de 900 Hz, hallar la longitud en centmetros del tubo. Considera que la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s.

g) En una cuerda de 120 cm de largo, fija en ambos extremos, se establece una onda estacionaria. Cuando la cuerda tiene una frecuencia de 120 Hz, vibra en cuatro segmentos. Determina la longitud de la onda y la frecuencia fundamental.

4 Observa las imgenes y determina si las afirmaciones son correctas o no.

a) La onda 3 representa un sonido ms alto que la onda 2. b) La onda 2 representa un sonido ms grave que la onda 4.

Pensamiento crtico

Onda 1

Onda 2

Onda 3

Onda 4

1 s

efectos sonoros 151

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades de refuerzo Para realizar en el cuaderno

4 Analiza y responde: Carlos ubica un parlante que emite sonidos

con frecuencia de 200 Hz, apuntando su bocina hacia su odo derecho.

a) Qu ocurre con el aire que est entre Carlos y el parlante?

b) Por qu Carlos recibe sonido en ambos odos?

5 Explica la utilidad de cada instrumento. a) Sonar b) Estetoscopio c) Ecografa d) Sonmetro

6 Marca con una 7 la casilla que corresponda a cada fenmeno segn el tipo de onda que genera.

Comprensin1 Selecciona la opcin que consideres correcta.

a) Una onda es A una perturbacin que propaga

materia y energa. B una perturbacin que propaga

solo materia. C una perturbacin que propaga

solo energa. b) Las ondas que se repiten de forma idntica

se llaman: A Ondas peridicas

B Ondas longitudinales C Ondas transversales c) La amplitud de una onda, en funcin de su

velocidad y frecuencia se expresa de la forma: A =

vf B = v

* f C = fv

2 Completa cada frase con la palabra o las palabras que correspondan.

a) Las ondas ___________________________ vibran en direccin perpendicular a la direccin en que se propaga el movimiento.

b) Las ondas ___________________________ vibran en la misma direccin en la que se propaga el movimiento ondulatorio.

3 Responde de forma justificada utilizando argumentos relacionados a los temas de la unidad.

a) Se puede entablar una conversacin entre dos personas en el espacio sideral o en la Luna sin utilizar ningn tipo de instrumento? Explica tu respuesta.

b) Por qu cuando hay mucho ruido se hace difcil escuchar lo que se desea escuchar?

c) Cul es la caracterstica del sonido que te permite reconocer a una persona por su voz?

d) Si se coloca una vela encendida al lado de unas cornetas de gran potencia, se observa que la llama se mueve. Qu caracterstica del sonido es la responsable de que este movimiento en la llama ocurra?

7 Observa la imagen y responde. La grfica muestra un movimiento

ondulatorio:

a) Cul es la longitud de su onda? b) Cul es su amplitud?

Tipo de onda Radar Luz solarVoz

humana

Electromagnticas

Mecnicas

Transversales

Longitudinales

30

20

10

0

10

20

30

Elon

gaci

n (c

m)

Desplazamiento (cm)

100 200 400300

152 AcsticA

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

Actividades de refuerzo Para realizar en el cuaderno

Conexos con... Ciencias naturales

Anlisis y aplicacin8 Resuelve cada problema considerando la

velocidad del sonido en 340 m/s. a) Una tormenta produce un rayo y su trueno

se escucha 3 s despus. A qu distancia est la tormenta?

b) Una lancha que se encuentra anclada es movida por olas cuyas crestas estn separadas por 10 m y cuya rapidez es de 3 m/s. Con qu frecuencia las olas llegan a la lancha?

c) La msica emitida por un equipo de sonido tiene una longitud de onda de 35 mm. Cul es la frecuencia de ese sonido?

d) Una onda se propaga con una frecuencia de 100 Hz. Cul es el valor de su perodo?

e) Una onda longitudinal de = 2 cm se propaga a una velocidad de 0,04 m/s. Cunto vale el perodo? Cul es su frecuencia?

9 Observa la imagen y responde.

Opinin y sntesis 10 Analiza y responde: a) Ciertos quirpteros, como los murcilagos,

emiten ultrasonidos de frecuencia 3 * 105 Hz.

Cul es la longitud de la onda emitida? Cmo pueden volar los murcilagos

sin chocar con obstculos que no ven? Qu aplicaciones se le podra dar a esta

habilidad que tienen los murcilagos? b) Los tripulantes de un barco detectan

una ballena a 300 m de profundidad, luego escuchan un sonido emitido por la ballena y desean saber hace cunto tiempo emiti ese sonido.

Pueden hacer los clculos considerando como velocidad del sonido 340 m/s? Por qu?

Cunto tiempo haca que la ballena haba emitido el sonido cuando ellos lo escucharon?

El resultado sera el mismo si se encontraran en agua dulce?

Qu opinas sobre la prctica de la caza de ballenas?

Cmo puedes contribuir a la conservacin de la fauna en la zona donde vives?

La contaminacin sonora es un fenmeno al cual estn expuestas millones de personas. El exceso de sonidos que causan este tipo de contaminacin puede daar el odo e incluso afectar al cerebro u otros rganos, sobre todo si la intensidad sonora es muy elevada o permanente. Esto ocurre, por ejemplo, en las proximidades de una autopista con mucho trnsito de vehculos.

Por esta razn se recomienda instalar pantallas acsticas en aquellas autopistas que pasan cerca de zonas pobladas. Investiga el nivel de intensidad sonora y la sensacin que producen al odo humano algunos

sonidos de la vida diaria como el que se produce en espacios abiertos, cerrados, con o sin maquinaria.

a) Cul es la frecuencia del movimiento ondulatorio representado?

b) Cul es su perodo?

5 2 cm v 5 10 cm/s

AcsticA 153

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

e

dit

ori

al

san

till

an

a, s

.a.

U6 pticaU5 Electricidady magnetismo

U3 Calory temperatura

U2 Cinemtica,dinmica y esttica

U1 Conocimientosbsicos y magnetismoy temperaturadinmica y esttica U4 Acstica

En sntesis Ideas claves y frmulas

Onda. Movimiento oscilatorio que se propaga en el espacio, transportando energa en su desplazamiento.

Amplitud (A). Altura de una cresta o profundidad de un valle.

Longitud de onda (). Distancia entre dos partculas consecutivas que se encuentran en el mismo estado de vibracin.

Perodo (T). Tiempo que emplea la perturbacin en recorrer la distancia de la longitud de onda. T 5 1 f .

Frecuencia (f ). Nmero de longitudes de onda que se propagan en un segundo. f 5 1T .

Velocidad de propagacin (v). v 5 T o tambin v 5 *f

Refl exion de una onda. Cambio de direccin de una onda al chocar con un obstculo.

Refraccin de una onda. Cambio de direccin de una onda al pasar de un medio material a otro.

Tipos de ondas segn su desplazamiento. Viajeras y estacionarias.

Tipos de ondas segn la direccin de oscilacin de las partculas del medio. Longitudinales y transversales.

Tipos de ondas segn el medio de propagacin. Mecnicas y electromagnticas.

Onda sonora. Onda longitudinal que se propaga en cualquier medio: agua, aire o slidos. En el aire tiene una velocidad de propagacin de 340 m/s. En un medio lquido o gaseoso se calcula con la frmula v 5 p .

Intensidad (I ). Cantidad de energa que transporta una onda. Usualmente se mide en decibeles (dB).

Altura. Frecuencia de la onda. Segn su tono, una onda puede ser aguda o grave.

Timbre. Cualidad del sonido que depende de la forma de la onda sonora.

Efectos sonoros. Reflexin o eco, reverberacin, refraccin, absorcin y difraccin.

Efecto Doppler. Variacin en la percepcin de frecuencia de una onda sonora debido al movimiento de la fuente emisora, del receptor del sonido, o de ambos.

se clasi c