miércoles, 1 de abril de 2015

EL SONIDO

TALLER DE NIVELACION DE SONIDO



RECUERDA QUE:


“Si todos nosotros hiciéramos las cosas que somos capaces de hacer, nos asombraríamos      de lo que podemos lograr.” Thomas Edison.

"El hombre que ha movido montañas comenzó siempre soñando que movería piedrecillas" Marden....


INSTRUCCIONES

PARA DESARROLLAR LA ACTIVIDAD DEBES:

1.  LEER ATENTAMENTE 
2. COPIAR EN EL CUADERNO O IMPRIMIR LAS     IMAGENES.
3. COMPLETAR LOS DATOS O REALIZAR LAS OPERACIONES EN LAPIZ.
4. RECUERDA QUE ES UNA ACTIVIDAD DE NIVELACION Y DEBES PRESENTAR SUSTENTACIÓN.
5. ACLARACIONES EN: lindaytorres@gmail.com

EL SONIDO



Cuando golpeas un cuerpo o pulsas un instrumento musical o cuando escuchas una conversación del otro lado de una pared, etc., en tu oído se produce un efecto psico-fisiológico denominado sonido. 

Para comprender mejor esto imaginemos un tubo muy largo lleno de aire, formado por una cantidad muy grande de pequeñas partículas o moléculas Inicialmente en reposo (o más técnicamente, en equilibrio)

Las moléculas que se encuentran junto al pistón serán empujadas, mientras que las que se encuentran alejadas no. En la zona del pistón el aire se encontrará más comprimido que lejos de él, es decir que la misma cantidad de aire ocupa menos espacio. El aire comprimido tiende a descomprimirse (como cuando abrimos la válvula de un neumático).

Es importante enfatizar que el aire no se mueve de un lugar a otro junto con el sonido. Hay trasmisión de energía pero no traslado de materia
.







 VELOCIDAD DEL SONIDO

La velocidad del sonido depende de las características del medio donde se propaga. Estos factores son la compresibilidad y la densidad. Además de estos factores, en los gases se consideran la masa molecular del gas y la temperatura.
En los gases ocurre que, a mayor temperatura, mayor es la velocidad, ya que al aumentar la temperatura, la rapidez de las moléculas del medio aumenta, lo que ocasiona un incremento en la rapidez de la propagación. Experimentalmente se ha comprobado que, para temperaturas comprendidas entre 0°C y 35 °C, la velocidad del sonido aumenta 0,6 m/s por cada grado Celsius que aumente la temperatura. 
A 0 °C, la velocidad del sonido en el aire es 331 m/s, luego la expresión que relaciona la velocidad del sonido en el aire, expresada en m/s, con la temperatura, expresada en °C, es:

                        v  =331 m/s + 0,6 m/s . T . °C-1

EJEMPLO 1. ¿En qué momento llega a nosotros el sonido de la campana de una iglesia si nos encontramos a  tres cuartos de kilómetro de distancia y la temperatura del aire es de 15 °C?

SOLUCION:
Para determinar el tiempo en el cual escuchamos el sonido, utilizamos la siguiente expresión:

RESPUESTA:El sonido producido por la campana se escucha a los 2.20 s de haberse producido.


EJEMPLO 2En Bogotá, en los días calurosos, la temperatura suele pasar de 0 °C a 20.5 °C.

a. ¿Cuál es la velocidad del sonido a 20.5 °C?

SOLUCION: Para hallar la velocidad del sonido con la variación de temperatura es:




RESPUESTA: La velocidad del sonido en el aire a 20.5°C 





b. ¿En cuánto aumenta la velocidad del sonido?
SOLUCION: 
Al pasar la temperatura de 0 °C a 20.5 °C
la diferencia entre las velocidades es 12.3 m/s.







 CARACTERISTICAS DEL SONIDO

 EL TONO O ALTURA:de un sonido es la característica que se refiere a los sonidos altos o agudos y a los bajos o graves. Esta cualidad se debe a la frecuencia del sonido, ya que, cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo es el sonido y cuanto menor sea la frecuencia, más grave es el sonido.

EJEMPLO:

Un diapasón al ser golpeado emite la nota "la", es decir, 440 Hz. ¿Cuál es la longitud de la onda sonora si la temperatura ambiente es de 15 °C?

SOLUCION: Para hallar la longitud de onda λ , debemos conocer primero la  velocidad del sonido a 15°C:

El diapasón en la guitarra clásica y flamenca es una de las partes fundamentales para su correcto funcionamiento. La calidad del diapasón, la madera que lo compone y las sensaciones del guitarrista ante su tacto influyen directamente tanto en la forma de tocar como en el sonido final del instrumento. tras la caja de resonancia, el diapasón es probablemente, la parte más importante de la guitarra clásica.
El diapasón se encuentra dividido por unas finas e incrustadas barras de metal (más conocidas como trastes), cada una de las cuales representa una nota de la escala musical. Además, el extremo superior del diapasón sostiene la cejilla y el clavijero, que a su vez se encarga de aguantar y tensar las cuerdas de la guitarra a través de las clavijas.


RESPUESTA:

La longitud de onda de la nota "la" con frecuencia de 44oHz  a una temperatura de 15°C, es de 0.77m.












LA INTENSIDAD DEL SONIDO  se relaciona con lo que comúnmente se conoce como el volumen del sonido. Lo cual permite diferenciar los sonidos fuertes de los débiles.

EJEMPLO:
En un campo abierto Óscar llama a Gustavo con una potencia de  10-8 Wpero este no lo escucha. Si Andrés, que se encuentra a 50 cm de Óscar, logra escuchar el llamado:
a. ¿A qué distancia se encuentra Gustavo con respecto a Óscar?

SOLUCION:

a. Para que un sonido no se perciba debe tener una intensidad de 10-12  W.












b. Para hallar el nivel de intensidad, se requiere hallar la intensidad del sonido para una distancia de 50 cm = 0.5m:
Andrés escucha a Oscar con un nivel de intensidad de 35 dB.

EL TIMBRE es la cualidad del sonido que nos permite identificar el foco que lo emite. Por ejemplo, un diapasón, un violín, una flauta y un gong pueden emitir la misma nota musical, pero al comparar su registro gráfico, es fácil distinguir cuál instrumento es el que la emite, como se observa en la siguiente figura.                                                        

Cuando se analiza el registro de dos o más ondas sonoras con la misma amplitud y frecuencia, se puede concluir que la forma de la onda resulta de la interferencia de las ondas.

La onda de mayor amplitud se denomina onda predominante y tiene la misma amplitud que la onda resultante. Las frecuencias de las ondas de menor amplitud son múltiplos enteros de la frecuencia de la predominante. La onda resultante en a y en b tiene la misma frecuencia y amplitud pero diferente forma.




SISTEMAS RESONANTES

1.  LAS CUERDAS:
El sonido se produce cuando algo se mueve de un lado a otro con suficiente rapidez para enviar una onda a través del medio en que se está moviendo. En este caso, decimos que el objeto vibra. En los instrumentos musicales el sonido se produce por vibración. En el violín, por ejemplo, vibran las cuerdas; en la flauta vibra la columna de aire que está dentro del tubo del instrumento; y en los tambores, lo que vibra es la membrana sólida. Para producir los sonidos musicales es necesario tener una caja de resonancia, donde las partículas del aire vibren con mayor amplitud que la vibración original. Cuando una cuerda vibra, la caja de resonancia también lo hace y como esta tiene mayor superficie de contacto con el aire, puede producir una onda sonora mayor.


Si se produce una onda estacionaria con dos nodos (figura 6a) y luego se duplica la frecuencia, se obtiene una con tres nodos, es decir, dos vientres (figura 6b). Al triplicarla se obtienen cuatro nodos, tres vientres (figura 6c). Podemos concluir entonces que, para una cuerda de longitud l, el valor de dicha longitud es un múltiplo entero de la mitad de la longitud de onda, expresado como:



















TUBOS SONOROS En los instrumentos de viento tales como la flauta, la quena y el clarinete, o de metal como el trombón, se pueden provocar ondas estacionarias al hacer vibrar las moléculas de aire que están dentro de su cavidad o tubo sonoro.

A. TUBOS ABIERTOSTubos abiertos Los tubos abiertos son tubos sonoros cuyos extremos son abiertos. Aunque en un tubo abierto las ondas son longitudinales, se representan como se observa en la siguiente figura, para describir con mayor claridad dónde se encuentran los nodos y dónde los vientres.
EJEMPLO:
En una flauta, el vientre no está justo en la boquilla pero está cercano a ella. El tono más bajo (grave) de la flauta es de 262 Hz ycuando la velocidad del sonido es 341.8 m/s.

SOLUCION:
Como la flauta es un tubo abierto, la frecuencia en el primer armónico es:
La distancia entre la boquilla y la columna es aproximadamente 65 cm.

TUBOS CERRADOS:



LA BASE TEORICA ANTERIOR Y LOS EJEMPLOS TE PERMITIRÁN RESOLVER EL SIGUIENTE TEMARIO:


ACTIVIDAD

1. Calcula la distancia a la que se produce una tormenta, si un trueno se escucha 4.7 segundos después de haber visto el rayo. Considera la velocidad del sonido como 340 m/s. 

2.  Al dejar caer una piedra en un pozo, se escucha 3.8 segundos  después el sonido que produce al chocar contra la superficie del agua. ¿A qué profundidad está la superficie del agua del pozo? 

3. Un avión vuela sobre nosotros y el sonido tarda 7 segundos en llegar a nuestros oídos. ¿A qué distancia horizontal se encontrará el avión cuando escuchemos el sonido?

4. Una persona parada frente a una montaña emite un grito y observa que su eco se escucha 2.8 s después de haber gritado. Calcula la distancia entre la persona y la montaña. 

5. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s y en el agua, 1.240 m/s. Calcula la longitud de onda de una vibración a una frecuencia de 250 Hz cuando se propaga en:
a. el aire.         b. el agua.     c. en cual de los dos medios la longitud de onda es menor

6. Algunos animales como los perros y los delfines pueden percibir sonidos muy agudos de hasta 100.000 Hz de frecuencia. Calcula: 
a. El período de ese sonido.                      b. La longitud de onda.

7. Halla la longitud de onda de un sonido en el aire a 20 °C, si se sabe que su frecuencia es 12000 Hz.

8. Un sonar emite en el agua del mar una serie de ultrasonidos cuya frecuencia es de 45.000 Hz, calcula la longitud de onda de los ultrasonidos.

9. Los observadores A, B, C y D se encuentran a diferentes distancias de una fuente sonora   de  35000 W, como se muestra en la figura. ¿Cuál es la intensidad con la que cada observador percibe el sonido producido?

10.  



En la figura, la onda se propaga con una velocidad de 80 m/s y la cuerda tiene una longitud de 4 m. ¿Cuál será la frecuencia de vibración?





11.Si una cuerda se acorta 15 cm, emite un sonido con frecuencia fundamental de 350 Hz, y si se acorta 5 cm, emite un sonido de 120 Hz, ¿cuál es la longitud de la cuerda?

12.Calcula el quinto armónico de un tubo abierto de 1,2 m de longitud.
 b. Calcula el quinto armónico de un tubo cerrado de 1,2 m de longitud.

13.  
Una columna de un tubo sonoro abierto vibra como se observa en la figura. ¿Cuál es la longitud de onda de acuerdo con las condiciones dadas?





PREGUNTA TIPO ICFES.  Justifique su respuesta.
14. La radio favorita de Luis es la que se encuentra en el 100.1 MHz. El valor señalado representa.
A) Una amplitud              B) Una Longitud de onda
C) Una frecuencia.          D) Una rapidez de emisión

15.Juan quiere hacer un ambiente libre de ondas sonoras y para ello hace una caja de vidrio y le saca todo el aire. ¿Qué se puede decir al respecto de su experimento?
A) Está equivocado porque por el vidrio se filtra el sonido.
B) Está equivocado porque por el vacío refracta el sonido.
C) Está equivocado porque por el vacío refleja el sonido.
D) Esta en lo correcto porque el vidrio refleja todo el sonido.
E) Esta en lo correcto porque el vacío no transporta el sonido.

16.Cuando una fuente sonora se mueve con una velocidad mayor que la velocidad de propagación del sonido en el  medio se genera una onda de choque, que se escucha como una explosión, porque las crestas de varias ondas se superponen. De las siguientes figuras ¿cuál podría ilustrar una onda de choque?


 17.. Un parlante emite a una frecuencia fija dada. Es correcto afirmar que un observador escuchará un sonido:

A. de mayor frecuencia si el observador o el parlante se mueve (n) acercándose entre sí
B. de menor frecuencia si el observador se aleja o si el parlante se acerca
C. de menor frecuencia si el parlante se acerca y el observador se acerca
D. de mayor frecuencia si el parlante o el observador se alejan entre sí

18. Una cuerda de longitud l, densidad lineal μ y tensionada por una fuerza F, presenta la onda estacionaria mostrada en la figura, al ponerla a oscilar con frecuencia f.


Si se toma otra cuerda de igual longitud l, tensionada por una fuerza igual F, igualmente sujeta por sus extremos pero de densidad lineal 4μ , y se la pone a oscilar con la misma frecuencia f, el patrón de ondas estacionarias que se observa es el mostrado en la figura:




19.En una cuerda 1, sujeta a una tensión T se generan ondas armónicas de frecuencia f = 3Hz. En otra cuerda 2 idéntica y sujeta a la misma tensión que la cuerda 1 se genera una onda con frecuencia 2Hz. Las ondas tienen amplitudes iguales. La figura que ilustra las formas de las cuerdas en un instante dado es:

 20.En la figura se muestran gráficamente el primer armónico que se produce en un tubo abierto y uno cerrado de la misma longitud R. La región sombreada representa la mayor densidad de moléculas de aire.
En esta situación, la longitud del tubo abierto en términos de su correspondiente longitud de onda es:
A.  λ/2             B. 2λ               C. λ               D.4 λ

miércoles, 3 de abril de 2013

EFECTO DOPPLER

 EL TALLER DE EFECTO DOPPLER CONSTA DE UNA BASE TEORICA ASOCIADA A LOS DELFINES Y ELEFANTES. Y LA APLICACION DEL EFECTO DOPPLER EN EL SIMULADOR.


EFECTO DOPPLER



Es la variación aparente de la frecuencia de un movimiento ondulatorio debido al movimiento relativo entre la fuente y el observador. Se le encuentra en las ondas sonoras.

Las líneas del espectro de un cuerpo luminoso como una estrella también se desplazan hacia el rojo si la estrella se aleja del observador.
Midiendo este desplazamiento puede calcularse el movimiento relativo de la Tierra y la estrella:
Definimos variables:
fo = f´= Frecuencia percibida por el observador
f = frecuencia emitida por la fuente
vo= velocidad del observador respecto al medio
v = velocidad del sonido = 340 m/s

CONSULTA DE TEORÍA
1. Para qué utilizan los delfines el sonido?
Conceptos:
rango de frecuencia, reflexión, ultrasonido, sonar, longitud de onda.
Preguntas
clave:
¿Cuál es el rango en que los delfines escuchan?

¿Qué es un sonar?

¿Por qué es mejor para ellos utilizar ultrasonidos?

2. ¿Qué información pueden obtener los delfines del eco?
Conceptos:
Reflexión, amplitud, distancia, frecuencia.
Preguntas
clave:
- ¿Cómo determinan la distancia a la que está un objeto?
- ¿De qué sirve la amplitud de los sonidos que reciben?
- ¿Cómo pueden saber en qué dirección se encuentra un?
- ¿De qué les sirve variar la frecuencia de los sonidos que emiten?

3. ¿Cómo lo hacen los delfines para emitir y recibir sonidos?
Conceptos: Vibración, absorción.
Preguntas
clave:
- ¿Cómo lo hacen los delfines para producir el sonido?
- ¿Cómo se transmite el sonido desde el agua hasta su cerebro?

4. ¿Cómo se comunican los elefantes?
Conceptos:
longitud de onda, frecuencia, infrasonido, distancia, rapidez de propagación
del sonido en distintos medios.
Preguntas
clave:
- ¿Qué tipo de vibraciones utilizan los elefantes para comunicarse?
- ¿Cómo producen las vibraciones?
- ¿Cómo reciben las vibraciones?
- ¿A través de qué medios viajan estas vibraciones, y cuál es el medio en
que viajan más rápido?
- ¿Qué distancias cubren estas vibraciones?
5.
video



2. CON AYUDA DE LA SIGUIENTE APLICACION RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS

http://www.educaplus.org/play-182-Efecto-Doppler.html


 REALIZA EL CUADRO PARA CADA CASO



ejemplo:
1. el carro  se mueve a una velocidad de 7m/s mientras que la moto se encuentra en reposo:
2. Realiza el mismo proceso cuando la velocidad del auto es de 28m/s y el observador de la moto se encuentra en reposo?,
A. la frecuencia percibida por el motociclista  es de igual valor que en el problema anterior???
b. la frecuencia percibida depende de la velocidad del  carro??


3.En el siguiente caso, el auto se encuentra estacionado( en reposo) y la moto se desplaza con una velocidad  de 14m/s, realiza la operación  y justifica :
A. que ocurre con la frecuencia percibida por el motociclista.
B. Influye en el valor de la frecuencia percibida el hecho que el carro(fuente de emisión del sonido), este en reposo?

4. Que cambio se presenta en el la frecuencia percibida cuando la moto se desplaza a 28m/s y el carro a 24m/s.

5. Que ocurrida , si la moto se desplaza en sentido contrario con una velocidad de -14m/s(recuerde que l signo indica la dirección del desplazamiento) y el auto se desplaza con una velocidad de 14m/s.
A.que ocurre con la frecuencia percibida por el motociclista cuando se acerca al  auto?
b. Que ocurre con la frecuencia percibida por el motociclista cuando se aleja del auto?

5. Observa que situación falta por analizar , y explícalo.
RECUERDA QUE DEBES APOYARTE DEL SIMULADOR.

RECURSOS:

SIMULADOR SE EFECTO DOPPLER : http://www.educaplus.org/play-182-Efecto-Doppler.html