Unidad 1: Ondas y Sonido Guía N 4

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LICEO BICENTENARIO MARTA BRUNET CÁRAVES DEPTO. CIENCIAS NATURALES/FÍSICA 1° MEDIO

PROFESORAS: CAMILA PALACIOS PRADO – CARMEN VIDAL SOLAR – FRANCISCA OLIVARES RIVERA

Unidad 1: Ondas y Sonido – Guía N° 4

Nombre: ____________________________ N° Lista: ____ Curso: _______ Fecha: ___ /___ /___

Cursos Asignatura Profesora Correo de contacto

1° Medio (todos) Física Camila Palacios Prado [email protected]

Objetivos:

- Comprender fenómenos sonoros como la reflexión, la refracción, la absorción, la difracción, la interferencia y la pulsación en situaciones cotidianas.

- Explicar la resonancia y el efecto Doppler basándose en el modelo ondulatorio del sonido, proporcionando ejemplos a partir de situaciones cotidianas.

Instrucciones generales: En caso de poder imprimir esta guía, contéstela aquí mismo.

De no poder, realice las actividades en su cuaderno traspasando los cuadros o preguntas de forma completa en él. Todas las dudas que le surjan al momento de resolver la guía, puede consultarlas a través del correo de contacto que aparece en la tabla superior (especificando su nombre y curso) y/o en los horarios de consulta por videollamada.

RECORDEMOS…

• ¿Qué es el sonido?

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• ¿Cómo podemos percibir el sonido?

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• ¿Qué características nos permiten diferenciar distintos sonidos?

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Veíamos que el sonido es una onda de tipo longitudinal, mecánica, viajera y tridimensional, que se genera por la vibración de una fuente sonora y que lo podemos percibir gracias a nuestros oídos y cerebro.

En esta guía estudiaremos que el sonido, al ser una onda, experimenta fenómenos (de los que ya hemos hablado en guías anteriores) como: reflexión, refracción, difracción; y que se propaga a diferentes velocidades dependiendo del medio por el que viaje.

PROPAGACIÓN DEL SONIDO

Ya sabemos que el sonido es una onda de tipo mecánica, es decir, necesita un medio elástico (sólido, líquido, gaseoso) para poder viajar. En el vacío, el sonido no puede propagarse, porque no hay medio material.

Pero… ¿qué tan rápido es el sonido? Eso depende únicamente del medio en que viaje y de ciertas características de ese medio como la temperatura y la densidad.

Por lo general, el sonido se propaga más rápido en sólidos que en líquidos y más rápido en líquidos que en gases. También “prefiere” las altas temperaturas antes que temperaturas bajas.

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En la siguiente tabla se pueden ver algunos valores de velocidad del sonido en distintos medios y a distinta temperatura.

Medio Velocidad

Gases

Oxígeno (a 0 °C) 317 m/s

Vapor de agua (a 134 °C) 494 m/s

Helio (a 0 °C) 972 m/s

Aire seco (a 0 °C) 331 m/s

Aire seco (a 15 °C) 340 m/s

Líquidos

Agua (a 25 °C) 1493 m/s

Agua (a 15 °C) 1450 m/s

Agua (a 8 °C) 1435 m/s

Alcohol metílico (a 25 °C) 1493 m/s Agua de mar (a 25 °C) 1553 m/s

Mercurio (a 20 °C) 1451 m/s

Sólidos

Aluminio (a 25 °C) 5100 m/s

Cobre (a 25 °C) 3560 m/s

Hierro y acero (a 25 °C) 5130 m/s

Plomo (a 25 °C) 1322 m/s

FENÓMENOS SONOROS

El sonido por ser una onda se puede reflejar, refractar, difractar y además cumple con el principio de superposición, entre otros fenómenos que experimenta.

REFLEXIÓN

Se refiere a que el sonido, como todas las ondas, es capaz de “rebotar” al encontrarse con un obstáculo.

Existen dos fenómenos cotidianos relacionados con la reflexión:

1. Eco: Repetición de un sonido causado por la reflexión de la onda sonora, generalmente en un recinto abierto. El eco de un sonido es más débil que el sonido inicial, pero se percibe claramente.

2. Reverberación: Se origina habitualmente en recintos cerrados y de techos altos (como una iglesia o gimnasio) y corresponde a una persistencia del sonido después que la fuente ha dejado de emitirlo.

Fenómenos Ondulatorios Reflexión

Refracción

Difracción

Efecto Doppler Interferencia

Absorción

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Eco Reverberación Ocurre cuando la repetición del sonido emitido

se escucha, al menos, 0,1 segundos después del sonido inicial.

Si ocurre en el aire, la superficie con la que choca el sonido debe estar a 1,7 metros o más de distancia.

Ocurre cuando la repetición del sonido emitido se escucha antes de 0,1 segundos.

Reflexiones múltiples.

No se distingue claramente el sonido inicial de los sonidos reflejados.

REFRACCIÓN

Ocurre cuando una onda sonora cambia de medio. Por ejemplo, si estamos sumergidos en una piscina podemos escuchar sonidos que vienen de fuera de ella porque dichos sonidos pasan del aire al agua gracias al fenómeno de refracción. Cuando un sonido se refracta, cambia su velocidad de propagación (recordemos que la velocidad del sonido depende del medio en que viaja).

Sabías que…

Los murciélagos son capaces de volar en la completa oscuridad, debido a un sistema llamado ecolocalización.

Los murciélagos emiten sonidos de altas frecuencias y la reflexión de estos sonidos en los objetos les permiten calcular las distancias.

El gráfico muestra cómo se perciben el eco y la reverberación durante un tiempo. Pese a que ambos fenómenos son formas de reflexión del sonido, se diferencian en que el eco se escucha como sonidos separados y nítidos (aunque cada vez más débil en intensidad), mientras que la reverberación es la persistencia del sonido, un sonido original que se alarga y se escucha distorsionado.

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En el aire cálido el sonido viaja más rápido que por aire frío, por tanto, cuando el sonido se encuentra con aires de diferentes temperaturas pasa lo siguiente:

ABSORCIÓN

La absorción del sonido se produce cuando parte de la energía que transporta queda “atrapada” en la superficie sobre la que incide. Los materiales blandos y porosos (como esponjas, cortinas, alfombras, etc.) son los que mejor absorben el sonido y sirven para disminuir la reflexión del sonido y evitar la reverberación.

DIFRACCIÓN

Se produce cuando el sonido atraviesa por una abertura, por ejemplo, por una puerta. Ahí se produce un nuevo foco emisor, desde donde el sonido se propaga en múltiples direcciones.

RESONANCIA

Cada cuerpo posee una frecuencia propia (sonido que genera cuando vibra). A esta frecuencia se le denomina frecuencia natural y cuando un objeto emite un sonido de la frecuencia natural de otro objeto cercano, este otro objeto comienza a vibrar sin necesidad de ser tocado. A este fenómeno se le denomina resonancia y es responsable de que, por ejemplo, las cantantes líricas puedan romper copas de cristal al sostener ciertas notas por un tiempo prolongado. Otro ejemplo típico de resonancia es la vibración que se produjo por culpa del viento en el puente Tacoma Narrows de Washington (en 1940) y que terminó rompiendo el puente.

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INTERFERENCIA

Cuando dos o más sonidos se encuentran en un mismo punto, se sobreponen las ondas y se genera interferencia. Si las ondas son de igual frecuencia, se puede experimentar interferencia constructiva o destructiva:

- Interferencia constructiva si se juntan dos crestas o dos valles de las ondas, aumentando la amplitud de la onda y, por tanto, su intensidad o volumen.

- Interferencia destructiva si se junta una cresta con un valle, disminuyendo (o anulando) la amplitud de la onda y, por tanto, su intensidad o volumen.

Si las ondas son de frecuencias muy parecidas, pero no iguales, se experimentan pulsaciones. Las pulsaciones se escuchan como sonidos que aumentan y disminuyen su volumen periódicamente.

Constructiva Destructiva Pulsaciones

EFECTO DOPPLER

Corresponde a la percepción de un cambio de frecuencia aparente de un sonido cuando la fuente emisora y el receptor se acercan o alejan entre sí. Ejemplos de este fenómeno son: las sirenas de ambulancias cuando éstas se mueven o el sonido característico de los autos de Fórmula 1 cuando se ven carreras por televisión.

- Cuando la fuente sonora y el receptor se acercan entre sí, escuchamos un sonido de tono más agudo.

- Cuando la fuente sonora y el receptor se alejan entre sí, escuchamos un sonido de tono más grave.

LECTURA COMPRENSIVA

Ya vistos todos los contenidos correspondientes a esta guía, le invito a leer estos pequeños párrafos con información que puede ser interesante

¿Es cierto que el graznido de un pato no produce eco?

Hasta hace poco se pensaba que el "cuac" de los patos no generaba eco. Pero hace un par de años el profesor Trevor Cox, del Centro de Investigación Acústica de la Universidad de Salford (Reino Unido), consiguió echar por tierra esta leyenda urbana al registrar el graznido de una pata llamada Daisy en una cámara de reverberación.

De este modo demostró que las ondas sonoras que origina el grito del animal también se reflejan al chocar contra una superficie dura, dando lugar al fenómeno acústico que denominamos eco. Lo que sí es cierto es que el eco del graznido de estas aves es difícilmente perceptible por el oído humano, especialmente en espacios abiertos. Además de que, según Cox, el largo

"aaaacckkk" al final de la llamada del pato consigue enmascarar cualquier eco.

Elena Sanz, Revista Muy Interesante

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¿Cómo se calcula a qué distancia está una tormenta?

Conocer la distancia a la que se encuentra una tormenta de un observador y saber además si se está aproximando o alejando es bastante sencillo:

basta contar los segundos que transcurren desde que se produce el relámpago hasta que se escucha el trueno.

La diferencia de tiempo entre ambos fenómenos se debe a que, mientras la luz viaja a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo, el sonido lo hace a tan sólo 331 metros por segundo. Para calcular la distancia en kilómetros a la que se halla una tormenta de nosotros, únicamente hay que aplicar la siguiente fórmula matemática: Distancia= Nº de segundos ÷ 3 Así, si entre el relámpago y el trueno existe un espacio de tiempo de seis segundos, esto quiere decir que la tormenta está a una distancia de dos kilómetros.

¿Cómo sabemos si la tormenta viene hacia nosotros o se aleja?

Pues muy fácil, simplemente tendremos que realizar el cálculo anterior dos veces, con un intervalo de tiempo de 1 o 2 minutos.

Si en el primer resultado hemos calculado que la distancia a la tormenta es de 30 km, y tras hacer una segunda medición el resultado es menor, por ejemplo 26 km, la tormenta viene hacia nosotros. Si por el contrario el segundo resultado es mayor, la tormenta se aleja.

Revista Muy Interesante y El Tiempo.es

• ¿Cuál texto le pareció más interesante? ¿Por qué?

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RESUMIENDO…

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ACTIVIDADES

¡Ahora sí! A poner a prueba sus conocimientos realizando las siguientes actividades. Recuerde que, si surgen dudas, puede preguntarme por Zoom y/o correo electrónico.

I. Indique si cada uno de los siguientes enunciados es Falso (F) o Verdadero (V). Justifique las falsas.

a) _____ El sonido se puede polarizar.

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b) _____ El sonido se propaga más rápido en sólidos que en líquidos.

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c) _____ El eco se produce por la refracción del sonido.

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d) _____ Por efectos de la resonancia, se pueden quebrar vasos de vidrio o incluso caer puentes.

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e) _____ El sonido se puede propagar en el vacío.

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f) _____ Una onda de sonido no puede difractarse.

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II. Complete el siguiente mapa conceptual.

III. (Opcional) Confeccione un “teléfono” casero, si tiene los siguientes materiales en casa:

✓ 2 vasos plásticos o potes de yogur vacíos

✓ Hilo o lana

✓ 1 aguja

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1. Utilice la aguja para hacer un agujero al fondo de cada vaso de plástico.

2. Pase cada extremo del hilo o lana por el agujero de cada vaso.

3. Haga un nudo en las extremidades del hilo en los dos vasos para que cuando tire de él, este no pase por los agujeros.

4. Tome uno de los vasos, pásele el otro a un amigo o familiar y aléjense de modo que el hilo quede tenso.

5. Hable por un vaso mientras la otra persona coloca el otro vaso en su oreja.

¿Qué ocurre aquí? ¿Cómo puede explicar este fenómeno físicamente? Adjunte una foto de su teléfono casero.

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PARA FINALIZAR…

• La pregunta que resume toda esta unidad es: ¿De qué manera se relacionan las ondas con el sonido?

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Si quiere recibir una retroalimentación de sus respuestas, las puede subir al siguiente link:

https://forms.gle/yhpfZ6zrRyWqR6XF9

O bien, si sabe de algún/a compañer@ que quiere tener una retroalimentación, pero no tiene acceso a internet, dígale que le envíe las respuestas (por redes sociales) y usted las sube a nombre de su

compañer@.

¡Saludos!