CAPÍTULO 2 / EJERCICIOS

ENERGÍAS | EJERCICIOS

cARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN DE LA ENERGÍA

1. Responde brevemente las siguientes preguntas:

¿Qué indica la ley de conservación de la energía?

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¿En qué tipo de energía se transforma la energía del Sol mediante el uso de paneles solares?

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¿Cuáles son las principales características de la energía?

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¿Cuáles son los tipos de cambios físicos?

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2. Completa las siguientes oraciones:

  • La energía puede manifestarse de distintas maneras: en forma de _______________, de calor, de _______________ y de radiación, entre otras.
  • Entre los distintos tipos de energía química que existen encontramos la _________________, la electrólisis y la energía _________________.
  • La energía mecánica es la suma de distintas formas de energía: la energía _________________, la potencial y la ___________________.
  • La energía ______________ es aquella que utilizamos cuando encendemos la luz, _________________ la comida con el microondas, o cargamos el teléfono celular.
  • La energía ____________ es la que producen las ondas, como las electromagnéticas, las de rayos X, los rayos solares, los rayos ultravioletas (UV), las ondas de radio, de luz infrarroja o luz visible.

El calor y la temperatura

1. Establece las diferencias entre calor y temperatura.

Calor Temperatura
 

 

 

 

 

 

2. Indica si las siguientes oraciones son verdaderas (V) o falsas (F). Justifica las falsas.

  • La escala en grados Celsius fue creada por el físico Gabriel Daniel Fahrenheit en el año 1724.  (   )

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  • La escala en grados Celsius también tomó el nombre de “centígrados” debido a que está dividida en 100 partes iguales al tomar como referencia los puntos de fusión y ebullición del agua.  (   )

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  • La ley de equilibrio térmico también se conoce como ley de equilibrio quinto.  (   )

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  • El calor se puede transferir de un líquido a un sólido.  (   )

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Electricidad: atracción y repulsión eléctrica

1. Observa la siguiente imagen e investiga la relación que existe entre el vuelo de las aves y el campo magnético de la Tierra.

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2. Relaciona los siguientes términos con la definición que corresponda. Une con flechas.

Rayo Transforma los distintos tipos de energía en energía eléctrica y la distribuye a nuestras casas.
Central eléctrica Emisión de luz que es producida a causa de una gran descarga eléctrica.
Trueno Gran descarga de electricidad.
Relámpago Sonido que se produce debido a la expansión abrupta de los gases que componen la atmósfera.

3. Identifica en las siguientes imágenes cuáles materiales son conductores y cuáles son aislantes de la electricidad.

Agua: ________________________
Plástico: __________________________
Metal: _________________________
Madera: _________________________

circuitos

1. Define brevemente los siguientes conceptos:

  • Circuito eléctrico

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  • Electrón

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  • Fusible

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  • Corriente continua

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  • Corriente alterna

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2. Identifica en la siguiente imagen los componentes básicos de un circuito eléctrico.

imanes

1. Marca con una cruz (X) la respuesta correcta.

El funcionamiento de los imanes se debe a su atracción o…

  1. adhesión.
  2. repulsión.
  3. difusión.

Los responsables de las propiedades de los imanes son el movimiento de los electrones y…

  1. el campo magnético.
  2. la fotosíntesis.
  3. el calor.

¿Cómo se llama el fenómeno físico producido por algunos materiales en los que son ejercidas fuerzas de atracción y de repulsión entre sus electrones?

  1. Magnetismo
  2. Filtración
  3. Oxidación

2. A continuación se presentan algunas de las características y propiedades del magnetismo. Escribe el nombre que corresponde a cada una.

______________________________: regiones que presentan los imanes en sus dos extermos y son los sitios en los cuales se ejercen las fuerzas de atracción y repulsión.

______________________________: línea en la que se encuentran unidos los polos magnéticos.

______________________________: región que divide a las dos zonas polarizadas.

______________________________: región en la cual el imán ejerce sus efectos.

______________________________: líneas que se utilizan para representar el campo magnético.

imán terrestre

1. Describe las condiciones que deben darse para que pueda generarse un campo magnético.

a)

 

b)

 

c)

 

2. Observa la siguiente imagen y responde:

¿Cómo se llama este instrumento?

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¿Cuál es su función?

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¿Cuáles son los tipos que existen?

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magnetismo y electricidad

1. Completa la siguiente tabla con las diferencias y las semejanzas entre magnetismo y electricidad.

Diferencias Semejanzas
 

 

 

 

 

 

2. Realiza un listado de 10 ejemplos de electroimanes en la vida cotidiana.

  1. ______________________________
  2. ______________________________
  3. ______________________________
  4. ______________________________
  5. ______________________________
  6. ______________________________
  7. ______________________________
  8. ______________________________
  9. ______________________________
  10. ______________________________

ondas: luz y sonido

1. Las definiciones que se presentan a continuación corresponden a términos relacionados con las partes de una onda. Escribe el nombre de cada una.

______________________: distancia que hay entre dos puntos iguales en ondas distintas.

______________________: número de vibraciones en un segundo.

______________________: tiempo que dura una vibración completa.

______________________: altura máxima que alcanza una vibración o cresta.

______________________: distancia que recorre una onda en un tiempo determinado.

2. Escribe algunos ejemplos de objetos luminosos y objetos iluminados.

Objetos luminosos Objetos iluminados
 

 

 

 

 

 

 

 

3. ¿En qué se diferencian las ondas de luz de las ondas sonoras? Realiza un resumen.

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luz: reflexión y refracción

1. Realiza un esquema que explique la forma en que se propaga la luz.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Realiza un cuadro comparativo entre refracción y reflexión de la luz.

Reflexión Refracción
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Describe brevemente la relación entre la luz y el color.

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¿por qué se producen los arcoíris?

1. Observa la siguiente imagen y explica brevemente cómo ocurre ese fenómeno natural.

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2. Menciona los tipos de arcoíris que existen, escoge 2 de ellos y descríbelos.

  1. ______________________________
  2. ______________________________
  3. ______________________________
  4. ______________________________
  5. ______________________________
  6. ______________________________

Arcoíris _______________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Arcoíris _______________________

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¿por qué no se propaga el sonido en el vacío?

1. Indica a qué cualidad del sonido corresponden las siguientes definiciones.

Cualidad Definición
Cualidad que determina qué tan agudo o grave será el sonido.
Cualidad que permite caracterizar al sonido y de esta forma diferenciarlo de otros. Está relacionada con los armónicos y con la intensidad.
Cualidad que permite identificar la cantidad de energía que contiene el sonido. Está relacionada con la amplitud de la onda.
Cualidad caracterizada por el tiempo que dura el sonido, es decir, el tiempo de vibración.

2. Mediante un mapa mental explica la forma como se propaga el sonido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿qué es el eco?

1. Describe la relación que existe entre esta imagen y el efecto Doppler.

2. Realiza un resumen sobre cómo surge el eco y sus usos.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 6

Fenómenos ondulatorios

Las ondas pueden comportarse de distintas maneras según el medio en el que se encuentren. Así, la manera de propagarse varía según los obstáculos, los choques o los cuerpos a atravesar. Esto produce varios fenómenos que veremos a continuación.

¿QUÉ ES UNA ONDA?

Es una oscilación o perturbación que se caracteriza por propagarse en el espacio y por transportar energía, no materia.

Por ejemplo, al tomar una soga de un extremo y sacudirla se puede observar que se genera un movimiento ondulatorio, pero la soga no ha sido modificada. En consecuencia, al imaginar que la soga está compuesta por infinitos puntos uno al lado del otro, se puede decir que cada uno de ellos es desplazado verticalmente por el movimiento. En otras palabras, la soga vibra.

A diario, las ondas se pueden observar en el mar, al tirar una piedra en un cuerpo tranquilo de agua, al tocar las cuerdas de una guitarra o al hablar.

¿Cuáles son las características de una onda?

Elongación (y): es la distancia que existe en cualquier instante entre la posición de equilibrio y la posición de la partícula. En el SI se mide en metros (m).

Amplitud (A): es la elongación máxima que puede alcanzar una partícula con respecto a la línea de equilibrio. En el SI se mide en metros (m).

Cresta y Valle: la cresta es el punto más alejado de la línea de equilibrio del medio donde se propaga la onda, y el valle es el punto más alejado de la línea de equilibrio donde se propaga la onda, pero opuesta a la ubicación de la cresta.

Longitud de onda (λ): es la distancia existente entre dos puntos de la onda que se encuentra en un instante dado en el mismo estado de vibración, es decir, es la distancia que la onda recorre en un ciclo, puede ser entre dos valles sucesivos o dos crestas sucesivas y se mide en metros (m).

Periodo (T): es el tiempo que tarda una oscilación que se propaga en recorrer un espacio igual a la longitud de onda. Se mide en segundos (s).

Velocidad de propagación (v): es la velocidad con la que puede propagarse una onda. Se mide en m/s.

Frecuencia (f): es el número de oscilaciones o vibraciones completas que se realizan en un segundo. Es la inversa de periodo. Se mide en hercios (Hz).

¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO?

Para comprender mejor la definición de onda hay que saber que la materia que nos rodea, como el agua, el aire o una mesa, está formada por partículas. Éstas están más apretadas en los sólidos y más dispersas en los líquidos o gases. Sin embargo, en todos los casos la vibración de una partícula puede transmitirse a una partícula contigua.

Partículas en una cuerda.

Por lo tanto, cuando se propaga una onda, las partículas vibran alrededor de sus posiciones pero no se mueven con la onda. Por ejemplo: cuando se tira una piedra en el agua, las partículas de agua no avanzan lateralmente sino que suben y bajan al mismo tiempo que transmiten energía a las partículas vecinas. De este modo se forman pequeñas olas: son ondas que viajan a través del agua y transmiten la energía de un sitio a otro.

Radio AM

La radio AM es un medio de comunicación que transmite con amplitud modulada (AM): una manera de transmitir información por medio de una onda transversal. Se usa también en radios de aviones y torres de control.

¿CUÁLES SON LOS TIPOS DE ONDAS?

Ondas según la dirección de propagación

Longitudinales: la alteración o perturbación es paralela al desplazamiento de la onda.

Transversales: la alteración o perturbación es perpendicular al desplazamiento de la onda.

Ondas según la dimensión de propagación

Unidimensionales: se propagan en una sola dirección.

Por ejemplo: la propagación de movimiento en una cuerda.

Bidimensionales: se propagan sobre una superficie en dos dimensiones.

Por ejemplo: las olas en la superficie de un líquido.

Tridimensionales: Se propagan por el espacio en tres dimensiones.

Por ejemplo: el sonido.

Según el medio que necesitan para propagarse

Mecánicas: necesitan un medio material para propagarse. Por ejemplo: las ondas sonoras y las generadas en la superficie del agua.

Electromagnéticas: pueden propagarse en medios materiales y en el vacío. Por ejemplo: la luz, los rayos x y el láser.

¿CUÁLES SON LOS FENÓMENOS ONDULATORIOS?

Fenómenos ondulatorios
Reflexión Refracción Difracción Interferencia
Es el cambio de dirección en la onda cuando choca con una superficie lisa. No cambia el medio de propagación. Es el cambio de dirección y velocidad de la onda cuando pasa de un medio de propagación a otro. Es la desviación de la onda cuando llega a una abertura de tamaño comparable con su longitud. Es la adición o superposición de dos o más ondas.
Ejemplo Ejemplo Ejemplo Ejemplo
Espejo. Lápiz sumergido en agua. Rompeolas. Varios objetos lanzados al agua.

 

Ejemplo de refracción: lápiz dentro de un vaso de agua.

ONDA SONORA

Las ondas sonoras son ondas longitudinales.

Son las responsables de producir un efecto que al llegar al oído identificamos como sonido. Estas ondas corresponden al grupo de las ondas mecánicas, porque requieren de un medio para propagarse.

¿Qué es el sonido?

 

El sonido es una onda, es decir, una perturbación que “viaja” en el espacio y propaga energía. Las ondas sonoras tienen la capacidad de transmitirse a través de la materia, es por eso que cuando una persona habla, el sonido se mueve por el aire o a través de alguna pared.

 

VER INFOGRAFÍA

Cualidades del sonido

VER INFOGRAFÍA

Intensidad

Es la energía que se transmite por la onda al atravesar una superficie por unidad de tiempo. Se mide en J/m2s o W/m2.

Sonoridad

La sonoridad es una cualidad que permite diferenciar entre los sonidos fuertes y débiles. Su unidad es el belio (B) y se mide en decibelios (dB).

Tono

Es la frecuencia de vibración que tienen las ondas sonoras. Éstas permiten determinar si un sonido es grave o agudo. Se mide en hercio (Hz).

Sonidos

Sonidos graves: 20 a 256 Hz.

Sonidos medios de 256 a 2.000 Hz.

Sonidos agudos de 2.000 a 16.000 Hz.

Timbre

Es propio de cada fuente sonora. Cada material o voz humana vibra de una forma diferente y provoca ondas sonoras complejas que identifican el sonido.

Reflexión

Se produce cada vez que las ondas se encuentran con un cuerpo que no puede traspasar, y por lo tanto rebotan y se expanden o reflejan.

Fenómenos sonoros de la reflexión
Resonancia Reverberación Eco
Es el aumento de la amplitud y expansión de un sonido debido a los estímulos recibidos por parte de una fuente de ondas externas. Es el alargamiento de un sonido causado por repetidos procesos de reflexión. Se produce comúnmente en lugares cerrados y vacíos. Es producido por el choque directo de un sonido contra algún cuerpo. Este reflejo tarda más de una décima de segundo en ser escuchado.

Refracción

Cuando las ondas sonoras se desplazan y cambian de posición, la distancia y el movimiento producen una variación en el sonido.

¿Sabías qué?
Las ondas sonoras también se consideran ondas de compresión u ondas de compresibilidad porque producen compresión (zonas de alta presión y densidad) y rarefacción (zonas de baja presión y densidad) cuando viajan a través de un medio.

Propagación del sonido

El sonido se propaga de manera tridimensional, por lo que puede llegar a cualquier sitio del espacio. De este modo, la velocidad de su propagación depende del medio: si las partículas están muy próximas y de las fuerzas de cohesión.

Dirección de una onda de sonido

El sonido puede considerarse como una serie de ondas de compresión y de rarefacción propagadas por el aire.

En consecuencia, la velocidad de propagación de una onda sonora es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en los líquidos es mayor que en los gases.

¿Sabías qué?
La velocidad del sonido a condiciones normales de presión y temperatura es de 5.600 m/s en el acero, 1.460 m/s en el agua y 340 m/s en el aire.

Efecto Doppler

Este efecto se percibe cuando se acerca al observador una onda sonora, su longitud de onda se acorta y el sonido se percibe a un mayor volumen. Es por este motivo que la altura de una fuente que se aleja, se reduce. Este efecto se puede percibir siempre que la fuente de ondas se mueva con respecto al observador o viceversa. Como resultado se podrá observar una aparente variación de la altura del sonido.

Efecto Doppler en la calle

Al escuchar a lo lejos la sirena de una ambulancia, la intensidad del sonido de su sirena aumenta a medida que el vehículo se acerca a nosotros a toda velocidad, pero justo después de que nos pasa por un lado y se aleja de nosotros su intensidad disminuye y la frecuencia de pulsos de sonidos se hace más larga, este fenómeno se conoce como efecto Doppler.

 

LUZ

VER INFOGRAFÍA

En 1817, un físico inglés llamado Thomas Young afirmó que la luz tiene las propiedades de una onda. En su experimento calculó la longitud de onda de la luz a partir de un patrón de interferencia y descubrió no sólo que la longitud de onda es una millonésima de metro (1 μm) o menos, sino también que la luz es una onda transversal. Este fenómeno no se puede explicar a menos que la luz se considere una onda.

Las ondas electromagnéticas son ondas transversales.

Más tarde, en 1864, el físico escocés James Clerk Maxwell estableció que la luz es una forma de energía electromagnética que viaja en ondas. La razón de cómo lo hace en ausencia de un medio se explica por la naturaleza de las vibraciones electromagnéticas.

La luz se comporta como una onda, sufre reflexión, refracción y difracción.

Reflexión Refracción  Difracción
El reflejo de las ondas de luz en una superficie da como resultado la formación de una imagen. Cuando la luz pasa de un medio a otro se observa una desviación debido a las velocidades de propagación que difieren entre sí. Si la luz encuentra un obstáculo en su camino, éste la bloquea y tiende a causar la formación de una sombra en la parte de atrás del mismo.

Espectro electromagnético

VER INFOGRAFÍA

La luz está compuesta por ondas electromagnéticas que pueden poseer diversas frecuencias, que se clasifican y conforman el denominado espectro electromagnético.

La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético que comprende longitudes de onda entre 380 nm y 740 nm. Un elemento de las ondas electromagnéticas es su longitud de onda, la cual determina el color; por ejemplo: el violeta posee una longitud de onda más corta y el rojo una más larga.

Espectro electromagnético.

Propagación de la luz

La luz puede propagarse en el vacío así como en otros medios, por lo tanto, su velocidad dependerá de dicho medio. Asimismo, la luz se propaga tridimensionalmente en el espacio.

¿Sabías qué?
La velocidad de propagación de la luz en el vació o en el aire es de 3 · 108 m/s.

Si el medio es homogéneo, la luz se propagará linealmente y se podrán distinguir:

  • Las áreas de sombra que no reciben luz.
  • Las áreas de penumbra que reciben parte de la luz.
  • Las áreas iluminadas que reciben todos los rayos de luz.
La sombra es una zona donde la luz es obstaculizada.
RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Efecto Doppler”

Recurso audiovisual que explica cómo se produce este efecto relacionado con la variación de frecuencia en las ondas.

VER

Artículo destacado “Acústica y sonido: cualidades del sonido”

Este artículo diferencia acústica y sonido, y describe las cualidades de este último: intensidad, altura o tono y timbre.

VER

Artículo destacado “El sonido: Fenómeno vibratorio”

Recurso que ahonda en detalle en las particularidades del fenómeno vibratorio, el sonido y su transmisión.

VER

Artículo destacado “Ondas electromagnéticas”

Artículo que describe las características y tipos de ondas electromagnéticas.

VER

Ondas sonoras

El sonido es producido por fuentes vibrantes colocadas en un medio que por lo general suele ser el aire, pero puede ser cualquier gas, líquido o sólido. Un objeto que vibra en el aire produce ondas de sonido a través del desplazamiento de las capas de sus partículas.

El sonido es una forma de energía que se transmite de un punto a otro como una onda.

¿Qué es una onda?

Una onda es una perturbación vibratoria en un medio que transporta energía de un punto a otro sin que haya un contacto directo entre los dos puntos.

Se puede decir que una onda es producida por las vibraciones de las partículas del medio a través del cual pasa.

Tipos de ondas

Hay dos tipos de ondas: longitudinales y transversales.

En las ondas longitudinales, las partículas del medio vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en que se mueve la onda. El medio puede ser sólido, líquido o gaseoso.

Por su parte, en las ondas transversales las partículas del medio vibran hacia arriba y hacia abajo en ángulo recto hacia la dirección en que se mueve la onda. Estas ondas se producen sólo en sólidos y líquidos, pero no en los gases.

El sonido es una onda longitudinal que consiste en compresiones y rarefacciones que viajan a través de un medio.

Características de las ondas sonoras

Los sonidos de diferentes objetos se pueden distinguir en base a sus diferentes características:

Volumen

La sonoridad es la característica del sonido por la cual se pueden distinguir los sonidos fuertes y débiles. Por ejemplo, cuando una persona habla con otra su voz es baja, pero cuando lo hace en una reunión pública su voz es alta.

La sonoridad depende de una serie de factores:

  • Amplitud del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido varía directamente con la amplitud del cuerpo vibrante. Por ejemplo, cuando al tocar un tambor con fuerza la amplitud de su membrana aumenta y se escucha un sonido fuerte.
  • Área del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido también depende del área del cuerpo vibrante. Por ejemplo, el sonido producido por un tambor grande es más fuerte que el de uno pequeño debido a su gran área vibratoria. La sonoridad aumenta con el área del cuerpo vibrante y viceversa.
  • Distancia desde el cuerpo vibrante: la sonoridad también depende de la distancia del cuerpo vibrante al oyente. Es causada por la disminución de la amplitud debido al aumento de la distancia.

Tono

El tono es la característica del sonido por la cual podemos distinguir entre un sonido agudo o grave, y depende de la frecuencia. Un tono más alto significa una frecuencia más alta y viceversa.

Frecuencia

La frecuencia es el número de vibraciones de sonido que pasan en un segundo. Por ejemplo, la frecuencia de la voz de las mujeres y los niños es mayor que la de los hombres.

Calidad

Es la característica del sonido por la cual se puede distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y el tono. Por ejemplo, si una persona está fuera de una sala puede distinguir entre las notas de un piano y una flauta que se tocan dentro de la sala, esto se debe a la diferencia en la calidad de estas notas.

Intensidad

Es la energía del sonido que pasa por segundo a través de una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación del sonido. Las ondas sonoras transfieren energía desde la fuente sonora al oyente. La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda.

¿Sabías qué...?
La sonoridad depende no sólo de la intensidad del sonido sino también de las condiciones físicas del oído ya que el oído humano es más sensible a algunas frecuencias que a otras.

Reflejo del sonido

Cuando una persona aplaude o grita cerca de una superficie reflectante, como un edificio alto o una montaña, vuelve a escuchar el mismo sonido un poco más tarde. Ese sonido que escucha se llama eco y es el resultado de la reflexión del sonido desde la superficie.

Energía del sonido

Es la energía producida cuando las ondas se mueven hacia afuera desde un objeto vibrante o fuente sonora. Cuando las moléculas de aire alrededor de las ondas comienzan a vibrar, las ondas de sonido son transportadas.

Diferencia entre eco y reverberación

Cuando el sonido incide en la superficie de un medio y rebota, se llama eco o reflejo del sonido. La reverberación es el reflejo múltiple de las ondas sonoras.

La sensación de sonido persiste en nuestro cerebro durante aproximadamente 0,1 s. Para escuchar un eco claro, el intervalo de tiempo entre nuestro sonido y el sonido reflejado debe ser de mayor a 0,1 s si este es menor a 0,1 s se produce reverberación.

Propagación del sonido

En el aire, el sonido se transmite por las variaciones de presión de su fuente al entorno. El nivel de sonido disminuye a medida que se aleja cada vez más de su fuente.

Si bien la absorción por el aire es uno de los factores que atribuyen al debilitamiento de un sonido durante la transmisión, la distancia juega un papel más importante en la reducción del ruido durante la transmisión. La reducción de un sonido se llama atenuación.

El efecto de la atenuación de la distancia depende del tipo de fuentes de sonido. La mayoría de los sonidos o ruidos que se encuentran en la vida cotidiana provienen de fuentes que se pueden caracterizar como fuentes puntuales o lineales.

Si una fuente sonora produce una propagación esférica del sonido en todas las direcciones, es una fuente puntual. Si la fuente sonora produce una propagación cilíndrica del sonido, se puede considerar como una fuente lineal.

Las fuentes sonoras puedes ser naturales o artificiales de acuerdo a su origen.