Velocidad el sonido

La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. también depende del tip de material. cuando el sonido se desplaza en los sólidos lo hace con mayor velocidad que en los líquidos y en estos son mas veloces que en los gases.


La velocidad estándar del sonido es de 340 m/sg.
Recordemos que...la velocidad del sonido= a longitud de onda por frecuencia.
Propagación del sonido
Velocidad del sonido en el aire

La velocidad de propagación del sonido varia según el medio transmisor y, en un mismo medio, según la temperatura, la humedad y la densidad.

La velocidad del sonido es constante para cada medio homogéneo y se propaga con movimiento uniforme.

El sonido no se puede propagar en el vacío ya que no existen moléculas o medio elástico por el cual pueda propagarse.

En este caso las propiedades físicas del aire, su presión, densidad y humedad son factores que afectan la velocidad del sonido. Por ejemplo, cuanto mayor es la temperatura mayor es la velocidad de propagación. 

OJO: La velocidad del sonido en el aire aumenta 0,6 m/sg por cada 1 grado celsius de aumento en la temperatura.

OJO 2:La velocidad del sonido a 0 grados celsius es 331 m/sg^2 a partir de allí empieza a aumentar la velocidad.

EJEMPLO:

1.Que longitud de onda corresponde para una onda sonora cuya frecuencia es de 20.000 Hz y se propaga con una velocidad de 340m/sg? R=0,017m

f=20.000 Hz

v=340m/sg

v=λ*f 

Despejámos la fórmula 

v/f=λ

Remplazamos...

340/20.000=0,017m

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Sonido

El sonido es una sensación percibida en el oído por la vibración de las partículas que se desplazan (En forma de onda sonora) a través de un medio elástico(sólido,líquido o gaseoso) que las propaga.

Como una onda, el sonido responde a las siguientes características: Es una onda mecánica(necesitan de materia), Es una onda longitudinal(vibran en la misma dirección de la propagación), Es una onda tridimensional(Se desplaza en 3 dimensiones).

Video de ampliación a nuestra explicación.

El osciloscopio es una herramienta que se utiliza para ver las posiciones del sonido.

Umbral humano joven

La frecuencia de ubicación de las ondas sonoras está comprendida en el intervalo de 20 a 20.000 vibraciones/segundo.

Los ultrasonidos

Son ondas cuya frecuencia es superior al umbral o sea tienen frecuencias superiores a 20.000 Hz. Onda Acústica, solo los delfines y los murciélagos perciben este ultrasonido.

Los infrasonidos 

Son las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la del oído  humano, se pueden percibir entre 0 y 20 Hz.

Fenómenos que afectan la propagación del sonido

Reflexión(eco):es cuando la onda choca con un obstáculo y se refleja o cambia de dirección.

Reverberación : La reverberación es un fenómeno sonoro producido por la reflexión que consiste en una ligera permanencia del sonido una vez que la fuente original ha dejado de emitirlo.

Difracción: La difracción forma parte importante de nuestra experiencia con el sonido. El hecho de que se pueda escuchar sonidos alrededor de las esquinas y alrededor de barreras, involucra tanto la difracción como la reflexión del sonido. La difracción en estos casos ayuda a que el sonido se "curve en torno a" los obstáculos.

Refracción:La refracción es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido, y que consiste en la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente.

Absorción:Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía es reflejada, pero un porcentaje de ésta es absorbido por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de sonido que propagan.
La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo ego. Es un valor que varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).

Interferencia:Cuando en un punto de espacio se encuentran 2 o más ondas sonoras.

La interferencia destructiva es el fenómeno ondulatorio que se ha empleado en la construcción de los silenciadores de los automóviles.

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Ondas Sísmicas

Sismos

son los movimientos bruscos de la tierra que se producen por choques de las placas tectónicas y por la liberación de energía en el curso de una reorganización brusca de los materiales de la corteza terrestre.

Tipos de sismos

Temblor: Movimiento telúrico de menor intensidad no provoca daños y va registrado hasta el grado 6 en la escala Richter. 

Terremoto: Movimiento fuerte, sentido por toda la población, secuelas y daños en la superficie. Está registrado a partir del grado 6 en la escala de Richter.

Tsunami: Grupo de olas de gran energía que son producidas por terremotos oceánicos.(Corteza terrestre sumergida bajo el agua)

Placas tectónicas

Fragmento de litosfera que se desplaza como un bloque rígido sin presentar deformaciones en la asternosfera de la tierra (Pedazos en los que está dividida la corteza terrestre)

Fallas

Son los límites entre las placas tectónicas de la tierra. En una falla activa, las piezas de la corteza de la tierra a lo largo de la falla se mueven con el transcurrir del tiempo. El movimiento de estas rocas pueden causar terremotos.

La fallas inactivas son las que en algún momento tuvieron movimiento a lo largo de ellas pero que ya no se desplazan.

Tipos de fallas

Falla normal: Se produce donde las placas se están separando 

Falla inversa:Se comprimen unas con otras 

Falla de transformación o desgarre:Movimiento horizontal.No crea precipicios.

Ondas Sísmicas

Son la forma en la que se propagan los sismos.

Ondas internas

viajan a través del interior de la tierra, Siguen caminos con espacios. Transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Son divididas en 2 grupos: Ondas primarias(P) y Ondas secundarias (S).

Ondas P

Ondas longitudinales; pueden viajar a través de cualquier tipo de material. Se registran primero y son más rápidas que las ondas S.

Ondas S

Ondas transversales; su velocidad es un poco menor que las ondas P, Debido a ello aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento propiamente tal.

Ondas superficiales

Solo se propagan por las capas más superficiales de la tierra, decreciendo su amplitud con profundidad.Dentro de este tipo se encuentran las ondas Rayleigh(círculos) y las ondas Love(zigzag). velocidad de las ondas P(4-7Km/sg)

Existen 2 escalas para medir los sismos, La escala Richter y la escala Mercalli.Los sismos se miden según su magnitud e intensidad.

Escala Richter

2,5> En general no sentido, pero registrado en los sismógrafos.

3,5> Sentido por mucha gente.

4,5> Pueden producir algunos daños locales pequeños.

6,0>Terremoto destructivo.

7,0>Terremoto importante.

8,0 o más grande> Grandes terremotos.

Escala Mercalli

El hipocentro o foco es la zona en el interior de la Tierra donde inicia la ruptura de la falla: desde ahí se propagan las ondas sísmicas. El epicentro es el punto en la superficie terrestre situado directamente encima del hipocentro.

Ejemplos de grandes Fallas:

Cinturón de Fuego

Es una gran falla creada por la union de varias placas en una misma. en el movimiento de placas se crea una energía que debe ser liberada y crea grandes terremotos o tsunamis.

Falla de San Andrés

Puede provocar un gran terremoto nombrado como "The Big One"; Es una falla de desgarre, acumula mucha energía.

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Más sobre ondas.

Ondas estacionarias

Es el resultado de la superposición de 2 ondas armónicas de iguales amplitudes e iguales frecuencias pero que viajan en sentidos contrarios.

Onda armónica(Sonido)

Onda No armónica(Ruido)

Si una cuerda se mueve constantemente se produce un tren de ondas.

Onda transversal y onda longitudinal.

Cuando las partículas están separadas a una distancia tal que su Movimiento de oscilación es idéntico se dice que están en fase.

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Fenómenos ondulatorios.

Fenómenos ondulatorios

1. Reflexión: Es cuando la onda choca con un obstáculo y cambia su dirección. (Onda incidente y onda reflejada)

2.Refracción:es cuando la onda pasa de un medio a otro, variando su velocidad de propagación.(Onda incidente y onda refractada)

3.Difracción: Es cuando una onda pasa a través de un orificio produciendo un cambio de curvatura al pasar por la abertura y bordeando el obstáculo.(Onda incidente y onda difractada)

4.Polarización: Consiste en reducir todos los planos de vibración de la onda a uno solo.

5.Principio de Huygens: Cada punto de un frente de onda se puede considerar como una nueva fuente generadora de ondas.

6. Superposición: Es cuando 2 o más ondas atraviesan en el mismo momento la misma superficie.(Onda superpuesta)

7.Interferencia: Cuando en el mismo punto y en el mismo momento 2 o más ondas se unen.(Onda constructiva y onda destructiva)

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Ondas.

ondas.

Ubiquemos en el tiempo el estudio de las ondas.

imagen tomada de libro Física II, volumen 1, 2014 editorial Santillana S.A

Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante.
Todos alguna vez en la vida hemos visto o experimentado ondas, cuando veíamos caer una gota de agua a un estanque y se formaban círculos alrededor de donde cada la gota; cuando sentimos un sismo, cuando escuchamos una guitarra podemos decir que el mundo está lleno de ondas.

CLASIFICACION DE LAS ONDAS

Según su medio:

Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico(Sólido,  líquido o gaseoso) para poder propagarse.como por ejemplo como dijimos anteriormente, una onda sonora.

Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío; difunden energía por las oscilaciones de campos eléctricos y campos magnéticos, como por ejemplo los rayos X.

Según su dirección y propagación:

Onda longitudinal: se le llama así a este tipo de ondas porque las ondas viajan o oscilan en la misma dirección de la propagación de la onda ->paralelas; siempre son mecánicas.

Onda transversal:Aqui la onda oscila de forma perpendicular o sea de arriba a bajo, pueden ser mecánicas y electromagnéticas.

Según sus números de oscilaciones:

Pulso o Perturbación:Realiza una sola oscilación regresando al reposo.

Periódicas:Es cuando la onda viaja de manera constante.

Al tomar una cuerda estirada y aplicarle un movimiento vertical en uno de sus extremos se genera un pulso que viaja a través de toda la cuerda.

cuando la perturbación local que origina la onda se produce en ciclos repetitivos, se dice que la onda es periódica; en cambio si el movimiento de la perturbación es armónico simple se dice que la onda es armónica.

Según su dimensión

Unidimensionales: p.e. ondas en una cuerda.

Bidimensionales: p.e. ondas sobre la superficie del agua.

Tridimensionales: p.e. ondas sonoras, luminosas.

En las ondas tridimensionales se define al frente de ondas como el lugar geométrico de los puntos del medio que son alcanzados simultáneamente por la perturbación y que, por consiguiente, en un instante dado, están en el mismo estado o fase de la perturbación.

La dirección de propagación siempre es perpendicular al frente de ondas y se representa mediante el rayo.

Atendiendo a la forma del frente de ondas, pueden clasificarse en:

Planas, la perturbación se propaga en una sola dirección. Los frentes de onda son planos y los rayos rectas paralelas.

CilíndricasEsféricas, la alteración se propaga en todas direcciones a partir del punto que es la fuente de las ondas. Los frentes de onda son superficies esféricas y los rayos líneas radiales. Lejos de la fuente los frentes de onda tienen una pequeña curvatura y a menudo pueden tomarse como planos.

Elementos de una onda

1.Longitud de onda(λ): es la distancia que tiene la onda entre
3 nodos consecutivos ó la distancia que hay de cresta a cresta.

2. Amplitud(A): Es la mayor distancia que hay a partir del punto de equilibrio de una onda hasta la cresta o el valle de esta.

3. Cresta: Es el punto más alto que alcanza una onda.

4.Valle: Es el punto más bajo que alcanza la onda.

5.Frecuencia(f): Es el numero de ondas generadas en una unidad de tiempo. se mide en Hz(Hertz), la frecuencia también es conocida como ciclo.

6.Periodo(T):Es el tiempo en el cual se produce una onda, que coincide con el tiempo que tarda un punto en dar una oscilación completa.(T=1/f)

7.Velocidad de propagación(v):Es la velocidad con la que se desplaza la perturbación por el medio. (v= λ / T ; v= λ * f ) estas dos ecuaciones son utilizadas cuando la onda viaja por un medio cualquiera, si la onda viaja a través de un medio mecánico(como por ejemplo en una cuerda) se utiliza esta ecuación v=√T/μ; μ= densidad m/L; T=Tensión, fuerza.

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Energia en un M.A.S

Fórmulas de energía en un M.A.S

Energía cinética: Velocidad 

Ec= 1/2 m(A.w.sen w.t) ^2

Energía potencial:gravitacional, posición y elástica, K.

Ep=m.g (A.cos w.t) > posición.


EJEMPLO:
Una partícula de 1 Kg de masa, oscila con un M.A.S de 10 cm de Amplitud.
Calcule el valor de su energía cinética y potencial si se sabe que da 8 oscilaciones cada 6 sg.

recordemos que para calcular las energías necesitamos la formula de la W, ( w=2π/T )
tendremos en esta formula la T(periodo) como incógnita así que la despejaremos usando la formula de periodo (T=t/n)
recordemos que n es el numero de oscilaciones de una partícula u objeto.

T=6/8=0,75 sg
w=2*3,14/0.75=8,373
Ec=1/2(1000 g)*[(10*8,373).(sen 8,373*6)]^2
=500*(83,73*sen{2880})^2
=500*0
Ec=0

Ep=1000g*9,8 * [10*cos (360)]
=9800*10
=98000


SIMULADOR DE ENERGÍA EN UN M.A.S

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Resortes.

LEY DE HOOKE

Constante de elasticidad (k).

Conocida también como fuerza elástica, es una de las representaciones del movimiento armónico simple (M.A.S) donde encontramos las siguientes características. 

El resorte se comprime por inercia de la masa.

Consideremos una masa atada a un resorte, se le ejerce una fuerza para deformarlo, inicia una fuerza recuperadora que tiende a llevar la masa a su equilibrio pero debido a la inercia de la masa continua moviéndose comprimiendo el resorte, reprimiéndolo y así sucesivamente hasta detenerse.

La ecuación de uso  fue plateada por el físico Cristian Hooke la cual está directamente relacionada con la 3° ley de newton (inercia).

Fórmula para hallar la fuerza ejercida por un resorte:

F = k * x

Ejemplo:

Cuál es la constante de un resorte, sí al ejercerle una fuerza que deforma 20 cm con una fuerza de 12 Newtons.

K =?

F = 12 N

X = 20 cm         o        0,2 mts

F = K *X

12 = k * 0.2 mts

Despejamos k

12 / 20 = k

K = 60 mts

Ejemplo # 2:

Se suspende una masa de 4 kg  en un resorte y lo deforma 12 cm, ¿cuál es la constante de elasticidad del resorte?

F = k * x

Sabemos que fuerza (F) = m * a    o     m * g

En donde a es aceleración y g es gravedad

Pero primero debemos unificar por el sistema M.K.S (metros, kilogramos, segundos) o C.G.S (centímetros, gramos, segundos) en este caso usaremos el C.G.S.

4 kg = 1000 gr / 1kg, cancelamos los kilogramos y el resultado nos queda en gramos.

4000gr * 980 cm = F

F = 3 920 000

K = F / X

K = 3 920 000 / 12 cm

K = 326 666.66

Periodo en resortes

Ecuaciones de energía para un péndulo

Ec (energía cinética) = m * v² / 2.

                                        m: Masa.

                                        v: velocidad.

Ep (energía potencial)  = k * x² / 2

Si tenemos una masa suspendida a un resorte podríamos considerar que su energía potencial es nula y su energía cinética es igual a la total o mecánica. Su velocidad es máxima siendo la expresión  A * W = Vmax

Al plantear las ecuaciones de energía.

m * v² / 2   +   K * x² / 2  =  K*A² / 2

 Ec                 Ep               E mecánica o total

Como la potencial es iguala 0 entonces desaparece igualando la expresión quedaría que la cinética es la misma mecánica.

m * v² / 2   =  K*A² / 2

Si igualamos las dos expresiones

m * v² / 2   =  K*A² / 2                             2m * v²   =  2k * A²

Cancelamos ambos 2

m * v ² = k*A²           A : Amplitud

v = A * w

m * A² * w =  K * A²

k = m * w²        w = 2π / T

k = m * √(2π / T)²     aplicamos raíz en ambos lados para cancelar el cuadrado

√k / m  = √ (2 π / T)²

√k / m = 2 π / T   aplicamos propiedad inversa de la división y la ecuación queda

                            así.

√m / k = T / 2 π    ahora despejamos el periodo (T) y la ecuación queda así

T = 2 π * √m / k   y así deducimos la ecuación para hallar el periodo en un resorte.

Ejercicio:

Al extremo de un resorte encontramos una masa de 1200 gr. pasa por un punto a 72k/h y en 10 cm. de su oscilación su velocidad es de 3,6 k/h calcular el periodo.

m =  1200gr

Velocidad inicial (v₀) = 72k/h

Velocidad final (v) = 3,6k/h

T =?

Para este ejercicio tenemos que usar fórmulas de movimiento rectilíneo variado

a*t = V – V₀

2*a*x = V² – V₀²

K = F / x                F = m * a

a = V² – V₀² / 2*x

a = 72² * 3,6 ² / 2 * 0,01km

a = 67 184,64 / 0,02km

a = 3 359,23

F = 1.2 kg * 3 359,23

F = 4 031,07

K = 4 031,07 / 0,01

K = 403 107,84 cm

T = 2π * √1.2kg / 403 107,84

T = 6.28 * 2,97 * 10^-9

T = 1,86 * 10^-8  El resultado es sumamente mínimo porque se usó el sistema  

                         C.G.S (centímetros, gramos, segundos).

SIMULADOR DE RESORTES

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