EL SONIDO
•
Una onda sonora es una onda
mecánica
y
longitudinal
que
transmite lo que se asocia con sonido.
•
La sensación producida por estas ondas es
interpretada por el cerebro como sonidos.
•
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 cuasi
periódica.
•
Mecánicamente las ondas sonoras son un
tipo de onda elástica.
Animación ondas long sonoras CursoBásicoFísica
−
El
tono.
Está
relacionado
con
la
frecuencia de las ondas sonoras.
Se denominan sonidos agudos a los de
mayor frecuencia y graves a los de
menor frecuencia.
El oído humano percibe sonidos con
una frecuencia comprendida entre 20 y
20000 Hz.
Características del sonido
−
Volumen e intensidad.
−
Nivel de intensidad:
β = 10 · log
IIo
.
Características del sonido
Nivel de intensidad de algunos sonidos comunes
β (dB) β (dB)
Umbral de audición 0 Tráfico pesado 70
Respiración normal 10 Fábrica 80
Rumor de hojas 20 Camión pesado 90
Murmullo a 5 m 30 Tren suburbano 100
Biblioteca 40 Ruido de construcción 110
Oficina tranquila 50 Concierto de rock 120 (umbral de dolor)
Son dos fenómenos relacionados con la
reflexión del sonido.
Eco. Cuando la señal acústica reflejada alcanza
al oyente después del tiempo de persistencia de la
señal acústica inicial (70 – 100 ms), el cerebro
interpreta dos sonidos diferentes, produciéndose el
fenómeno denominado eco.
Reverberación.
Cuando
la
señal
acústica
reflejada alcanza al oyente antes de dicho tiempo de
persistencia, el cerebro superpone ambas ondas,
modificándose la señal acústica inicial por su
interferencia con la reflejada. Este fenómeno se
denomina reverberación.
❑
Se
llama
contaminación
acústica
o
contaminación sonora al exceso de sonido que
altera las condiciones normales del ambiente en
una determinada zona (ruido).
❑
Si bien el ruido no se acumula, traslada o
mantiene
en
el
tiempo
como
las
otras
contaminaciones, también puede causar grandes
daños en la calidad de vida de las personas si no
se controla bien o adecuadamente.
Aplicaciones tecnológicas
Vídeo efecto Doppler sonido
LA LUZ Y LAS ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
Ondas electromagnéticas
Propagación de campos electromagnéticos
•Un campo magnético variable en el tiempo genera (induce) un campo eléctrico proporcional a dicha variación y perpendicular a aquel (hecho ya conocido por las experiencias de inducción de Faraday y la ley de Lenz-Faraday).
•Según Maxwell un campo eléctrico variable en el tiempo genera (induce) un campo magnético proporcional a dicha variación y perpendicular a aquel por simetría entre ambos campos y por el hecho de que una corriente eléctrica produce un campo magnético, y una corriente eléctrica es producida a su vez por un campo eléctrico.
Ondas electromagnéticas
Propagación de campos electromagnéticos.
•Las variaciones de los campos eléctrico y magnético deben propagarse presencia de E y B sin que haya ni cargas ni corrientes la propagación de estas perturbaciones son las ondas electromagnéticas
•Una carga eléctrica que posea un movimiento acelerado genera una perturbación electromagnética que se propaga o extiende (OEM).
Ondas electromagnéticas
Experiencias de Hertz
En 1887 (1888?) el físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) demuestra experimentalmente que la teoría de Maxwell era correcta.
• Idea un dispositivo que produce un E oscilante (dos espiras separadas por un espacio con aire) campo electromagnético que se propaga como OEM.
• Circuito oscilador u oscilante emitía ondas de longitud de onda de 60 (66) cm.
• Otro dispositivo (circuito resonador o antena) situado a 5,5 km recoge las ondas emitidas.
• Conocida la frecuencia, f, de la oscilación ( ) obtuvo la velocidad de propagación de la OEM, v = ·f, obteniendo un valor coincidente con el predicho por Maxwell.
• También demostró que la naturaleza de estas ondas y la susceptibilidad hacia la reflexión y la refracción era igual que la de las ondas de luz.
•
Animación ondas de radio
Propiedades de las ondas electromagnéticas
• Una OEM consiste en la propagación de la perturbación de los campos eléctrico y magnético asociados y perpendiculares entre sí que se propaga.
• Son ondas transversales: (perturbación) son perpendiculares entre sí (y están en fase lejos de la fuente) y ambos son perpendiculares a la dirección de propagación ( )
forman un triedro trirrectángulo directo.
• Son polarizables como todas las ondas transversales. Por ejemplo, si además son armónicas, Ez = Eo sen (ky - t); Bx = Bo sen (ky - t); donde c = /k.
• Se propagan en cualquier medio, incluso el vacío.
k
E
B
y
k
Propiedades de las ondas electromagnéticas
•
Su velocidad de propagación es la velocidad de la luz: ; en
el vacío = 3,00 · 10
8m/s. También c = E/B.
–
Depende
del
medio:
carácter
dispersivo
de
la
propagación en un medio material.
–
No depende de la longitud de onda.
•
Experimentan
los
fenómenos
ondulatorios:
reflexión,
refracción, interferencia, difracción,...
•
La energía de las OEM depende de la frecuencia de la
oscilación que las produce: mayor frecuencia mayor energía.
·
1
=
Espectro electromagnético
–Espectro de radiofrecuencia u ondas de radio. > 0,3 m; f < 109
Hz.
•A partir experiencias de Hertz.
•Son generadas por corrientes eléctricas y producidas por los dispositivos electrónicos.
•Aplicadas a la transmisión de señales de radio y televisión: ondas de radio (FM 107-108 Hz, m; OM 105-107 Hz, centenas m; OL 103-105 Hz, km) y televisión (108-109 Hz, m o cm).
–Microondas. 0,3 m > > 10-3 m; 109 Hz < f < 3 · 1011 Hz.
•Son generadas por el espín nuclear y el espín electrónico (magnetrón) y producidas por radares, hornos, sistemas de comunicación,...
•Aplicaciones en detección, cocina, comunicación,
Espectro electromagnético
•Infrarrojos (IR). 10-3 m > > 7,8 · 10-7 m; 3 · 1011 Hz < f < 4 · 1014 Hz.
–Descubierta en 1800 por el astrónomo alemán Frederick William Herschel (1738-1822).
–Son generadas por vibraciones y rotaciones moleculares (cuerpos calientes).
–Aplicaciones en Astronomía, estudios del suelo, medicina, industria, mandos a distancia, visión nocturna,...
–Tras regiones: próxima, intermedia y lejana.
•Luz visible. 7,8 · 10-7 m > > 3,8 · 10-7 m; 4 · 1014 Hz < f < 8 · 1014 Hz.
–Son generadas por transiciones electrónicas entre distintos niveles atómicos y moleculares (externos).
–Aplicaciones en todo lo referente a la visión.
Espectro electromagnético
• Ultravioleta (UV). 3,8 · 10-7 m > > 10-9 m; 8 · 1014 Hz < f < 3 ·
1017 Hz.
– En 1801 el físico alemán Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), usando un papel mojado con cloruro de plata demuestra la existencia de la radiación ultravioleta del Sol. En 1802 el físico inglés William Wollaston (1766-1828) descubre las líneas oscuras en el espectro solar.
– Son generadas por los átomos y las moléculas libres (Sol) (las transiciones electrónicas entre distintos niveles atómicos y moleculares internos y externos).
– Aplicaciones en esterilización, bronceado, ...
Espectro electromagnético
–
Rayos X. 10
-9m >
> 6 · 10
-12m; 3 · 10
17Hz < f < 5
· 10
19Hz.
•
Descubiertos en 1895 por el físico alemán Wilhelm
Conrad Röntgen o Roentgen (1845-1923).
•
Son
generadas
por
transiciones
electrónicas
externas y frenado de electrones (tubos de rayos
X).
•
Aplicaciones
en
medicina,
investigación,
cristalografía, Astrofísica…
Espectro electromagnético
–
Rayos gamma (
). 10
-10m >
> 10
-14m; 3 · 10
18Hz <
f < 3 · 10
22Hz.
•
A partir del descubrimiento de la radiactividad en
1896 por Becquerel.
•
Son generadas por las sustancias radiactivas y en
las reacciones nucleares.
•
Aplicaciones en Astrofísica, medicina,....
•
Sus
longitudes
de
onda
(frecuencias)
se
entremezclan con las de los rayos X, pero su origen
es diferente.
Simulación _PrismaÓptica_Geogebra_1
Interferencia de la luz
•
Aparición de patrón de claroscuros.
Interferencia
•
Animación interferencia 1 EhuCurso
•
Animación interferencia 2 WalterFendt
•
Animación interferencia 3 FisLab
•
Animación interferencia 4 Phet
•
Animación ondas cuerda phet
Difracción
•
En 1814 (1815?) el físico e ingeniero
francés Agustin Jean Fresnel (1788-1827)
explica la difracción de la luz (fenómeno
característico del MO), descubriendo que la
luz es una onda transversal.
−Animación difracción 1 EhuCurso
Dispersión
Fenómeno ondulatorio que consiste en la dependencia de la velocidad de propagación de un MO en un medio respecto a su frecuencia.
– Dispersión de la luz.
• Aparece cuando la luz interacciona con la materia: el índice de refracción de un medio aumenta ligeramente con la frecuencia.
• Un medio tiene un índice de refracción distinto para cada luz monocromática (cada frecuencia o longitud de onda).
• Luz de mayor frecuencia sufre mayor desviación que la de menor frecuencia (violeta y azul mayor ángulo que el rojo): separación de los colores o descomposición de la luz blanca
Dispersión
▪
En 1666 Newton observa la dispersión de la luz:
descomposición
de
la
luz
blanca
en
sus
colores
constituyentes
al
atravesar
un
medio
transparente
(dispersor). Demuestra que los colores proceden de la luz
blanca.
▪
Fenómenos de dispersión de la luz:
➢
arco iris: refracciones sucesivas en gotas de lluvia.
➢Prisma: refracción en medio transparente.
Animación arco iris en una gota