Transmisión de ondas sonoras

Las ondas sonoras son conducidas por el pabellón hacia el interior del canal auditivo hasta chocar con la membrana timpánica produciendo vibración. Ésta se transmite a la cabeza del martillo y, desde allí, al yunque y al estribo.El estribo produce la vibración de la ventana oval, lo que trae como consecuencia el movimiento del líquido que se encuentra al interior del caracol. Este movimiento provoca el desplazamiento de las membranas internas y de las células receptoras de la audición, las cuales descargan impulsos nerviosos que son enviados al cerebro e interpretados como una sensación acústica.

1. Las ondas sonoras llegan al pabellón, comúnmente llamado oreja, y avanzan por el

canal auditivo donde ocurre

la primera amplificación de las ondas sonoras por el fenómeno de resonancia

2. Las ondas llegan a una membrana elástica llamada tímpano que vibra y transmite su vibración a una cadena de tres huesillos ubicados en el oído medio; el martillo, el

yunque y el estribo.

3. Los huesillos aumentan la amplitud de las ondas a través del mecanismo de palanca: un pequeño movimiento del martillo produce un gran movimiento del estribo que a su vez hace vibrar una pequeña zona del oído interno llamada

ventana oval

4. La vibración de la ventana oval es transmitida a través de un fluído contenido al interior del

caracol en el oído interno. Las ondas perturban

la membrana basilar, que al moverse estimula las células ciliadas del órgano de Corti

5. En el órgano de Corti las perturbaciones mecánicas son transformadas en impulsos nerviosos y conducidas a través del nervio

auditivo hacia el encéfalo donde son interpretadas

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3. La luz

3.1 Propagación de la luz

La propagación rectilínea de la luz es frecuentemente usada por las personas, generalmente sin saberlo. Es lo que hace cuando se quiere verificar, por medio de la visión, si el borde de una regla o una varilla es recto. Consideremos una fuente que emite luz en todas direcciones. Las direcciones en que se propaga pueden indicarse mediante rectas, como se indica en la figura.

Rayos de luz

Dichas líneas se denominan “rayos de luz”, los cuales permiten describir muchos fenómenos ópticos por medio de la geometría.

Aprovechando la propagación rectilínea de la luz, se estudia el fenómeno de las sombras, el cual se produce cuando la luz que proviene de una fuente puntual o de una extrema se encuentra con un objeto opaco. Para el caso de una fuente puntual, los rayos que emite la fuente luminosa se interponen con el cuerpo opaco y se forma la sombra.

Sombra

Una fuente luminosa pequeña y cercana o una fuente más grande y algo más alejada producen sombras nítidas. Sin embargo, la mayoría de las sombras son borrosas. En general, constan de una parte interior oscura y bordes más claros. La zona de sombra total se llama umbra, en cambio, la de sombra parcial se denomina penumbra.

Sabías que...

Los instrumentos musicales De cuerda funcionan al pulsar las cuerdas tensas de cualquier instrumento de este tipo (guitarra, violín, contrabajo, piano, etc.), se producen ondas que se propagan a lo largo de ella y se reflejan en sus extremos, formándose una o varias ondas estacionarias. Esta vibración se transmite a la caja de resonancia (cuerpo del instrumento) por medio del puente (trozo de madera que fija las cuerdas), la que amplifica la vibración por resonancia. Las ondas amplificadas por la caja salen al aire por ciertas ranuras dispuestas en la tapa superior del instrumento (en el caso del violín, viola, cello, contrabajo, estas ranuras se denominan “efes” o “eses” debido a su forma estilizada). Las partículas del aire también comienzan a vibrar, transmitiendo así la vibración inicial a nuestros oídos.

De percusión funcionan cuando el sonido se produce por la vibración de un cuerpo al golpear cierta superficie (platillos, tambor, pandero, batería, triángulo, etc.). El sonido que emiten estos instrumentos depende fundamentalmente de la forma que tengan y del material (metal, madera, cuero, nylon, plástico, etc.).

De viento funcionan cuando el sonido se produce por la vibración de una columna de aire encerrada en un tubo (clarinete, trompeta, flauta, zampoña, saxofón, trombón, etc.). Los tubos del instrumento musical pueden tener un extremo abierto y el otro cerrado, o ambos extremos cerrados.

Al disminuir la longitud del tubo, aumenta la frecuencia de vibración y el sonido es más agudo. Por el contrario, si aumenta la longitud, los sonidos serán más graves. Se puede variar la longitud del tubo de distintas formas, según el instrumento; por ejemplo, abriendo algún orificio a cierta distancia de la boquilla.

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Un objeto próximo a una pared proyecta una sombra nítida porque la luz no puede colarse hacia la parte posterior para formar una penumbra. Conforme el objeto se aleja de la pared se van formando penumbras que recortan la umbra. Cuando este se encuentra muy alejado no se ven sombras porque las penumbras se juntan en un gran borrón.

Propagación de la luz en el vacío

El sonido sólo se propaga a través de medios materiales, en cambio, la luz, por tratarse de una onda electromagnética además de propagarse por medios materiales, se propaga también en el vacío. Por esto nos llega la luz del Sol y de las estrellas, lo que además de permitir que exista vida en nuestro planeta, nos permite estudiar el universo de los astros.

Conceptos fundamentales

3.2 Velocidad de la luz

Durante los siglos XVIII y XIX, se demostró que la velocidad de propagación de la luz es muy grande, pero no infinita. Depende exclusivamente del medio por el que se propaga, especialmente de la densidad de éste.

Sobre la base de mediciones actuales, el valor de la velocidad de la luz (valor que generalmente se representa por la letra minúscula “c”, alcanza su mayor magnitud en el vacío c = 300.000 [km/s]. Para tener una idea del significado de esta magnitud, podemos destacar que si un objeto tuviera esa velocidad, podría dar casi 7,5 vueltas alrededor de la Tierra en solamente un segundo. Por otra parte, debemos observar que de acuerdo con la Teoría de la Relatividad de Einstein, este valor representa un límite superior para la velocidad de los cuerpos; es decir, ningún objeto material puede alcanzar una velocidad igual (o superior) a la velocidad de la luz.

En los demás medios, la velocidad de la luz es siempre un valor inferior a “c” y disminuye en la medida que la densidad del medio transparente aumenta. Algunos ejemplos en [km/s] son:

En el aire a 0 °C 299.000 En el agua 220.000 En el cuarzo 206.000 En el vidrio 198.000 En el diamante 120.000

Si comparamos la velocidad de propagación del sonido con la de la luz, se deduce que el primero recorre 340 metros en un segundo mientras que la luz recorre 300.000.000 metros en ese tiempo.

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Lo anterior permite explicar lo que ocurre en días de tormenta al producirse descargas eléctricas (rayos). Primero vemos el “relámpago” (luz emitida por el rayo) y unos segundos después podemos oír el “trueno” (sonido que provoca la descarga). La diferencia de tiempo entre ellos nos permite incluso saber la distancia del rayo y si la tormenta se acerca o se aleja.

Sabemos que las distancias entre las estrellas y nuestro planeta son inmensamente grandes, por lo que la luz emplea a veces hasta millones de años en viajar entre ellas o entre cada una de ellas y la Tierra. Considerando esto es que en Astronomía se usa como unidad de longitud el “Año Luz”, que es la distancia que la luz recorre en un año viajando por el vacío a la velocidad ya señalada.

Se sabe que v = d / t es decir d = v · t

d = 300.000 [km/s] · 1 [año]

Por la técnica del análisis dimensional, convertimos 1 año en segundos. d = 300.000 · 365 · 24 · 3600 [km]

La estrella más cercana a la Tierra, próxima a alfa centauro, está a 4,3 años-luz y las estrellas lejanas a 250.000.000 años-luz. Cabe destacar que cuando en las noches contemplamos las estrellas, ya sea a simple vista o por medio de un telescopio, lo que vemos en la actualidad es el pasado del universo, porque esa luz pudo ser emitida hace millones de años.

3.3 Transmisión de la luz

La luz es capaz de atravesar diversos objetos, algunos con mayor eficacia que otros. En la transmisión de la luz pueden ocurrir diversos fenómenos, tales como reflexión, refracción y absorción.

3.4 Reflexión de la luz

Consiste en el rechazo y cambio de dirección que sufren los rayos luminosos al incidir sobre una superficie. Dependiendo de las irregularidades o rugosidades de la superficie, la Reflexión puede producirse en forma Especular o en forma Difusa.

Cuando el haz incidente encuentra una superficie pulida o lisa, el haz reflejado esta muy bien definido, como se indica en la figura. Cuando esto sucede decimos que la reflexión es “especular”; dicho fenómeno se observa cuando la luz se refleja en un espejo, en un lago en calma o en un vidrio con fondo oscuro.

Proyector Haz incidente Haz reflejado Aire Vidrio Año luz 1 año luz = 9,5 ⋅ 1012 _[km]

Esta unidad de longitud se ha preguntado en la PSU.

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Supongamos que un haz de la luz incide en una superficie irregular. En este caso, cada pequeña porción saliente de la superficie refleja la luz en determinada dirección, y por consiguiente, el haz reflejado no queda bien definido observándose el esparcimiento o dispersión de la luz en todas direcciones. Decimos, entonces, que se produce una “reflexión difusa” o bien una “difusión” de la luz por parte de la superficie áspera.

Proyector

Aire Vidrio

La mayoría de los cuerpos reflejan difusamente la luz que incide sobre ellos. Así, esta hoja de papel, una pared, un mueble, nuestra piel, etc., son objetos que difunden la luz que reciben esparciéndola en todas direcciones; por esta razón varias personas pueden observar un mismo objeto, a pesar de estar situadas en diferentes sitios a su alrededor.

Otro ejemplo de difusión de la luz puede hallarse cuando encende- mos una linterna en un cuarto oscuro. La trayectoria del haz lumi- noso que sale de la linterna no podrá ser percibida a menos que haya humo o polvo suspendido en el aire. En este caso, las partículas de humo o polvo, al difundir la luz, nos permite percibir el haz cuando nuestros ojos reciben la luz esparcida.

Un hecho similar ocurre con la luz solar, la cual difunden las partículas de la atmósfera terrestre. El cielo se muestra absolutamente claro durante el día debido a esa difusión.

Si la Tierra no tuviera atmósfera el cielo se vería totalmente negro, excepto en los sitios ocupados por el Sol y las estrellas.

• Principio de Fermat: Pierre Fermat estableció en 1650 que la luz siempre viaja, con velocidad constante, por aquella trayectoria que le tome el menor tiempo posible. A velocidad constante, el menor tiempo corresponde al camino más corto recorrido por la luz.

En la figura, se aprecia que el camino más corto es AOB, suponiendo que el rayo de luz sale de A, se refleja en el espejo en el punto O y, finalmente llega a B.

Todas las demás posibles trayectorias involucran recorrer mayor distancia.

Sabías que...

La luz se refleja difusamente. Así todos pueden ver el automóvil desde cualquier punto delante de él. Principio de Fermat A O P B N A´

La luz viaja por el camino más corto AOB.

Conceptos fundamentales

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Consideremos la llama de una vela colocada frente a un espejo plano. La superficie del espejo refleja rayos de luz en todas direcciones. El número de rayos es infinito, y cada uno de ellos satisface la ley de la reflexión. En la siguiente figura se muestran sólo dos rayos, que se originan en la punta de la llama y se reflejan en el espejo hacia el ojo de algún observador. Se observa que los rayos divergen (se separan) a partir de la punta de la llama y siguen divergiendo a partir del espejo al reflejarse. Estos rayos divergentes parecen provenir de un punto ubicado tras el espejo. La imagen de la vela que el observador ve en el espejo se llama imagen virtual, porque la luz no pasa realmente por la posición de la imagen, pero se comporta virtualmente como si lo hiciese.

Espejo

Ojo

Cuando el espejo es curvo, los tamaños, las distancias del objeto y la imagen ya no son iguales. A diferencia de lo que ocurre en el caso de un espejo plano. En el caso de un espejo curvo las normales correspondientes a puntos distintos de la superficie no son paralelas.

Los elementos constituyentes de un espejo esférico (curvo) son:

• Vértice (V): Punto donde el eje principal toca al espejo. • Centro de curvatura (C): Es el punto central de la esfera que

contiene al espejo.

• Foco (F): Es un punto que se ubica sobre el eje principal a igual distancia del Centro de curvatura y del vértice.

Elementos constituyentes de un espejo curvo

V _{F C}

Sabías que...

En la reflexión sobre un espejo plano, el tamaño del objeto es igual al tamaño de la imagen, y la distancia a la que se encuentra el objeto es la misma que la distancia a la que se encuentra en la imagen. Tu hermano gemelo Tu d d

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In document FISICA-PLAN-COMUN_2014.pdf (página 128-134)