Sonido

El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico.
Deben existir dos factores para que exista el sonido. Es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico a través del cual se propague la perturbación.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa.

Onda sonora

Una onda sonora es una onda longitudinal por donde viaja el sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica.

Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga).

Eso significa:

Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.

Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación.

Forma en que se propaga una onda sonora:

Compresión

La fuerza de compresión, es la fuerza que comprime un cuerpo.
Por ejemplo una columna esta sometida a esfuerzo de compresión, porque su peso comprime las secciones de esa columna.

Fuentes sonoras

Es un dispositivo u objeto que es capaz de emitir un sonido, ejemplo de ello es un altavoz.

Debido a la forma o constitucion fisica del objeto es como se generan los sonidos y esta se puede dividir en tres tipos:

Cuerdas: Una cuerda se puede definir como un filamento perfectamente elastico que recupera rapidamente su forma al ser deformada.

Membrana: Una membrana a diferencia de una cuerda es que no solo tiene sujetos 2 puntos, sino que estan sijetos varios puntos. En las menbrana al igual que en las cuerdas se tienen puntos de mayor enlonjacion( Maxima Amplitud) y puntos de menor enlojacion (Menor Amplitud), los puntos de Maxima Amplitud se encuentra en el centro de la membrana y los puntos de menor amplitud se encuentran cercanos a los puntos de sujecion, esto se da debido a la naturalidad de la membrana.

Columnas de Aire: Una columna de aire está formado por un tubo por donde se le hace pasar aire y la composicion fisica del objeto con el aire entran en resonancia. En las columnas de Aire de hallan dos puntos muy importantes, uno es el centro de la columna de aire a la salida del tubo (Captacion de Frecuencias Bajas) y el otro punto en los pabellones del material (Captacion de Frecuencias Altas). Debido a que tan largo o que tan corto en el tubo para generar la columna de aire, se generaran frecuencias bajas (más largo el Tubo) o Frecuencias Altas(mas corto el tubo).

Características del sonido

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre.

Intensidad

La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción.

Altura o tono

Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono.
Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes uno de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa.

Timbre

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 un violín. Esto se debe a que todo sonido musical es un sonido complejo que puede ser considerado como una superposición de sonidos simples.

Resonancia

Es la situación en la que un sistema mecánico, estructural o acústico vibra en respuesta a una fuerza aplicada con la frecuencia natural del sistema o con una frecuencia próxima. La frecuencia natural es aquella a la que el sistema vibraría si lo desviáramos de su posición de equilibrio y lo dejáramos moverse libremente. Si se excita un sistema mediante la aplicación continuada de fuerzas externas con esa frecuencia, la amplitud de la oscilación va creciendo y puede llevar a la destrucción del sistema.

Sonido infrasónico

Los infrasónicos son los sonidos cuya frecuencia es inferior a la capacidad del oido humano (sobre los 30 Hz). 

• Aplicaciones de los infrasonidos

La principal aplicación de los infrasonidos es la detección de objetos. Esto se hace debido a la escasa absorción de estas ondas en el medio, a diferencia de los ultrasonidos, como veremos. Por ejemplo una onda plana de 10 Hz se absorbe cuatro veces menos que una onda de 1000 Hz en el agua. El inconveniente es que los objetos a detectar deben ser bastante grandes ya que, a tales frecuencias, la longitud de la onda es muy grande lo cual limita el mínimo diámetro del objeto. Como ejemplo diremos que un infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de onda de 34 m en el aire, luego los objetos a detectar deben tener un tamaño del orden de 20 m en el aire y 100 m en el agua.

Sonido ultrasónico

Los ultrasónicos son los que su frecuencia es superior a la capacidad del oido humano (sobre los 20.000 Hz).   
  

• Aplicaciones de los ultrasonido 

 

Procedemos ahora a estudiar la que quizás es la parte más interesante de los ultrasonidos: sus aplicaciones. Numerosos son los factores que intervienen en los ultrasonidos y son claves para el estudio de sus aplicaciones: frecuencia, potencia radiada, duración de las radiaciones, pérdidas en el medio, etc. También hay que considerar los efectos sobre el medio: desplazamiento de las partículas, presión acústica, etc. Veamos las principales aplicaciones de los ultrasonidos.

 

Las aplicaciones físicas de los ultrasonidos se centran, esencialmente en la medida de las propiedades elásticas y las condiciones de propagación en los sólidos. La idea aquí es, simplemente, el estudio de la propagación de un ultrasonido en el material. Otras aplicaciones se centran en el estudio de explosiones, determinación de las propiedades físicas de líquidos y gases, localización de baches de aire (fundamental para la navegación aérea), etc.