Luz y sonido

Una onda es la propagación de una vibración, también llamada perturbación, originada en un foco emisor. Puede transmitirse a través del espacio u otro medio capaz de propagarla. Tanto la luz como el sonido son fenómenos ondulatorios, y aunque tienen mucho en común, tienen algunas características diferentes.

Luz Sonido
¿Es una onda? Sí. Sí.
Tipo de onda
  • Según el medio en el que se propaga es electromagnética.
  • Según el movimiento de las partículas es transversal.

 

  • Según el medio en el que se propaga es mecánica.
  • Según el movimiento de las partículas es longitudinal.
Medio de propagación No es requerido. Viaja en el vacío. Es requerido un medio material.
Velocidad de propagación 300.000 km/s (en el aire o en el vacío). 340 m/s (en el aire).
Espectro no perceptible
  • Infrarojo.
  • Ultravioleta.
  • Infrasonido.
  • Ultrasonido.
¿Se comporta como partícula? Sí. No.
Fenómenos relacionados
  • Reflexión.
  • Refracción.
  • Difracción.
  • Reflexión.
  • Refracción.
  • Difracción.
Características Color.

Penumbra.

Sombra.

 

Volumen.

Tono.

Frecuencia.

Calidad.

Intensidad.

Reflexión y refracción

Las ondas suelen cambiar su comportamiento cuando se encuentran con un obstáculo en su recorrido. La superficie que separa los dos medios es la interfaz, y justo allí las ondas pueden pasar de un medio a otro si cambian la dirección de su movimiento o si bordean el obstáculo, lo logran gracias a fenómenos como la reflexión, refracción y difracción.

Reflexión Refracción
¿Qué es? Cambio de dirección del movimiento de una onda. Cambio de dirección del movimiento de una onda.
¿Cuando ocurre? Cuando la onda choca con un obstáculo. Cuando la onda pasa de un material a otro.
Elementos:

1. Ondas incidentes

Es el frente de ondas que inciden sobre el obstáculo. Es el frente de ondas que se propagan en el primer medio.
Elementos:

2. Ángulo de incidencia (i)

Es el ángulo que forma el rayo incidente con dirección determinada por la normal del obstáculo. Es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal a la interfaz entre los medios materiales.
Elementos:

3. Ondas resultantes

Llamada onda reflejada, es el frente de ondas que se aleja del obstáculo. Llamada onda refractada, es el frente de ondas que se propagan en el segundo medio.
Elementos:

4. Ángulos resultantes

Llamado ángulo de reflexión (r), es el ángulo que forma el rayo reflejado con la dirección determinada por la normal del obstáculo. Llamado ángulo de refracción (r), es el ángulo que forma el rayo refractado con la normal de la interfaz.
Representación
Ejemplo

El reflejo de un paisaje sobre el agua se debe al rebote de la luz sobre la superficie que no puede atravesar.

Al introducir un lápiz dentro de un vaso pareciera que éste se quebrara, sucede porque la luz se desvía al cambiar de medio.

 

Onda longitudinal y onda transversal

Una onda es una propagación de una perturbación a través del espacio en un intervalo de tiempo. Estas ondas se pueden clasificar según diversos criterios, como el sentido, medio y dirección de la propagación. Según esta última, las ondas pueden ser clasificadas como longitudinales o transversales.

Onda longitudinal Onda transversal
Dirección de propagación Paralela a la vibración de las partículas del medio. Perpendicular a la vibración de las partículas del medio.
¿Cómo se produce?  Por compresión y dilatación de las partículas que vibran. Por la oscilación de las partículas que vibran.
Velocidad de propagación en sólido Mayor que las ondas transversales. Menor que las ondas longitudinales.
Representación gráfica
Ejemplos
  • Ondas producidas por un resorte cuando se hala uno de sus extremos.
  • Ondas sonoras.
  • Ondas sísmicas.
  • Ondas en la superficie de lo líquidos.
  • Ondas de radio microondas.
  • Ondas de luz.

 

 

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.

Movimiento ondulatorio

Gracias a la propagación de las ondas podemos escuchar sonidos, iluminar objetos, comunicarnos mediante un teléfono móvil o establecer transmisiones de radio y televisión.

Para comprender mejor la definición de onda hay que saber que la materia que nos rodea, como el agua, una mesa, etc. 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 al de una partícula contigua.

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 tiramos 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; éstas son ondas que viajan a través del agua y transmiten la energía de un sitio a otro.

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio y que se caracteriza por un transporte de energía, pero no de materia.

El movimiento de cualquier objeto material en un medio (aire, agua, acero, etc.) puede ser considerado como una fuente de ondas. Al moverse perturba el medio que lo rodea y esta perturbación, al propagarse, puede originar un pulso o un tren de ondas.

Un pulso es una onda que transporta una perturbación que dura un corto intervalo de tiempo. Por ejemplo, una vibración en el extremo de una cuerda. En este caso cada trozo de cuerda, al principio en reposo, oscila brevemente cuando llega el pulso y luego la cuerda vuelve a quedar en reposo.

En un tren de ondas la perturbación transportada es de larga duración. Por ejemplo: una serie continua e interrumpida de sacudidas que se propagan a lo largo de una cuerda o de un resorte.

¿Sabías qué...?
Las ondas electromagnéticas que emiten los teléfonos móviles afectan a la capacidad de orientación y memorización de las hormigas, según un estudio realizado por la Universidad Libre de Bruselas.

Clasificación de las ondas

Magnitudes básicas de una onda

Longitud de onda (λ): es la distancia entre dos puntos de la onda en un mismo estado de oscilación.

Elongación (y): es la distancia que existe en cualquier instante entre la posición de la partícula y la posición de equilibrio. Se mide en metros.

Amplitud (A): es la elongación máxima. Cuanta más amplitud tenga una onda, más energía trasportará.

Período (T): es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda.

Frecuencia (f): es el número de vibraciones u oscilaciones completas que se realizan en un segundo.

Velocidad (v): es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo. V= λ / T

Propiedades

Reflexión
Si una onda incide sobre un cuerpo que obstaculiza su propagación, como una pared, se refleja. Cierta cantidad de energía que transporta la onda es absorbida por el cuerpo sobre el cual incide, y otra parte de energía vuelve como una onda de igual frecuencia y velocidad.

Refracción
La refracción se produce cuando una onda llega a una superficie que separa dos medios de propagación distintos. Una determinada cantidad de energía se transfiere al mismo medio, pero otra parte se propaga en el otro medio, se dice que la onda se refracta.

Difracción
La difracción se produce cuando una onda llega a una ranura o un obstáculo de tamaño comparable con su longitud de onda. La onda se desvía como si el obstáculo emitiese una onda esférica.

Interferencia
Puede ocurrir que existan varias fuentes emisoras en un mismo lugar, por lo cual se produce una superposición de ondas.

¿Qué son las microondas y cómo consiguen calentar la comida?

Las microondas son ondas electromagnéticas de la misma naturaleza que las ondas de radio, luz visible o rayos X. Se utilizan para emitir señales telefónicas de larga distancia, programas de televisión e información de ordenadores a través de la Tierra o a un satélite en el espacio.

Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas agitan las moléculas de agua que contienen los alimentos produciendo calor dentro de sustancias orgánicas. Dependiendo del tiempo de exposición, el alimento absorbe cierta cantidad de energía, que puede descongelar, calentar y hasta cocer o quemar.

¿Qué tipo de onda es el sonido?

El sonido es una onda longitudinal y se produce cuando un cuerpo vibra rápido. La frecuencia es el número de vibraciones u oscilaciones completas que se efectúan en 1 segundo.

Los sonidos son audibles cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz (Hercio, unidad de medida para la frecuencia).

Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos necesita un espacio o medio de propagación que normalmente suele ser el aire, la velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º es de 331,6 m/s.

La intensidad del sonido está relacionada con la amplitud de onda; esto significa que a mayor amplitud el sonido es más fuerte.

Una onda sonora irradia diferentes cantidades de energía por unidad de tiempo y por unidad de área. Para medir la intensidad de un sonido se utiliza el decibelio, que se abrevia dB.

El ser humano tiene capacidad para oír sonidos entre 0 y 140 dB. Aquellos sonidos que están comprendidos entre los 120 dB y 140 dB generan dolor y puede ocasionar lesiones auditivas.

¿Y la luz?

Al igual que el sonido, la luz se propaga mediante un movimiento ondulatorio. Sin embargo, la luz es de tipo transversal y se pude propagar en el vacío los que significa que es una radiación electromagnética.

En el vacío la luz se propaga a una velocidad aproximada de 3.10⁸ m/s. Cuando se propaga en otros medios, su velocidad disminuye.

Los objetos que reciben la luz se llaman cuerpos iluminados. Los mismos pueden ser de diferentes colores porque la luz blanca en realidad está compuesta por siete colores. De acuerdo al tipo de luz que absorben y que reflejan, será su color.

Acústica y sonido: cualidades del sonido

El término “sonido” tiene un doble sentido: por un lado se emplea en sentido subjetivo para designar la sensación que experimenta un observador cuando las terminaciones de su nervio auditivo reciben un estímulo, pero también se emplea en sentido objetivo para describir las ondas producidas por compresión del aire que pueden estimular el nervio auditivo de un observador.

La acústica es la parte de la física y de la técnica que estudia el sonido en toda la amplitud y se ocupa de su producción y propagación, de su registro y reproducción, de la naturaleza del proceso de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y del proyecto de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una perfecta audición. Como rama de la física, la acústica culminó su desarrollo en el siglo XIX, gracias sobre todo a los trabajos de Hermann von Helmholtz y de lord Rayleigh, y sus bases teóricas han permanecido prácticamente incambiadas desde finales de ese siglo. Sin embargo, desde el punto de vista técnico, a lo largo del siglo XX los progresos de la acústica han sido constantes, especialmente por lo que se refiere a sistemas para el registro y la reproducción del sonido.

El sonido es la difusión de ondas mecánicas que estimulan el oido.

El sonido se produce por la vibración de los cuerpos, la cual se transmite al aire que los rodea y, a través de éste, llega hasta nuestros oídos.

Dos experimentos muy sencillos permitirán confirmar estas aseveraciones.

1) Se disponen dos panderetas, próximas una frente a otra. De una de ellas se suspende un pequeño péndulo. Al golpear la otra, el péndulo comienza a vibrar.

2) Dentro de una campana en la que se ha hecho el vacío, se coloca un despertador: cuando se dispare la alarma no se oirá ningún sonido.

El experimento 1) demuestra que el sonido se produce por la vibración de un cuerpo, mientras que el experimento 2) demuestra que para que el sonido se transmita debe existir un medio elástico a través del cual se puedan propagar las vibraciones que lo originaron. Ese medio elástico es normalmente el aire, pero puede ser cualquier otro gas, un líquido o un sólido.

Cuando una onda sonora llega al tímpano del oído, éste entra en vibración y su vibración se transmite a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él. Es una situación del todo similar a la del experimento con dos panderetas dispuestas una frente a otra que habíamos propuesto.

Los instrumentos musicales ilustran perfectamente la variedad de cuerpos cuya vibración puede dar origen a un sonido. Esencialmente, en los instrumentos de viento, lo que vibra es la columna de aire contenida en el instrumento; en los instrumentos de cuerda, lo que vibra son las cuerdas del instrumento; y en los instrumentos de percusión lo que vibra es un diafragma o bien un objeto metálico (unos platillos, por ejemplo).

Cualidades del sonido

Las cualidades que caracterizan el sonido son su intensidad, su altura o tono y su timbre.

La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud del movimiento oscilatorio. Subjetivamente, la intensidad de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el volumen de la cadena de música o del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del sonido.

Los decibeles son las unidades con las que se mide la intensidad acústica.

El tono o altura de un sonido depende de su frecuencia, es decir, del número de oscilaciones por segundo. La altura de un sonido corresponde a nuestra percepción del mismo como más grave o más agudo. Cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse, por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo de cartulina a una sierra de disco: cuanto mayor sea la velocidad de rotación del disco más alto será el sonido producido.

El tono del sonido depende del número de oscilaciones de la onda por segundo.

El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y altura. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por una trompeta o por un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples. De esos sonidos simples, el sonido fundamental de frecuencia es el de mayor intensidad y va acompañado de otros sonidos de intensidad menor y de frecuencia 2, 3, 4, etc. Los sonidos que acompañan al fundamental constituyen sus armónicos y de sus intensidades relativas depende el timbre. Sin embargo, muchos instrumentos, tales como el piano, el arpa, etc., no emiten un único sonido musical que quepa considerar como una superposición de sonidos simples armónicos, sino que emiten un sonido constituido por superposición de sonidos parciales.

Para estudiar la altura del sonido se emplea el diapasón, barra metálica en forma de U que al vibrar produce un tono cuya altura depende de la longitud de los brazos y de la anchura, y es independiente del espesor. Si en el extremo de un brazo del diapasón se fija una aguja de escritura que se apoye sobre un papel, al acercar una fuente de sonido al otro brazo del diapasón, éste entra en vibración y la aguja registra sobre el papel la vibración.

Armónico

Recibe este nombre el sonido cuya frecuencia es múltiplo de la frecuencia de otro, denominado éste generador o fundamental, la emisión de los cuales se produce simultáneamente, si bien el oído humano es capaz de percibir con claridad el sonido generador o fundamental mientras que los armónicos no son percibidos con nitidez, quedando ignorados en ocasiones.

Frecuencias audibles

Son movimientos ondulatorios que se propagan en un medio elástico cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre los 16-20 Hz y los 20 000 Hz. Infrasonido Son los sonidos cuyas frecuencias son inferiores a los 20 Hz.

Ultrasonido

Se denomina así a los sonidos cuyas frecuencias son superiores a 20 000 Hz.