Asociacin Universidad Privada San Juan Bautista

Asociacin Universidad Privada San Juan BautistaBiofsica MdicaAcsticaDr. Marco A. Castro MrquezAcsticaLa acstica es la rama de la fsica que estudia el sonido, que es una onda mecnica que se propaga a travs de la materia, bien sea en estado gaseoso, lquido o slido, porque el sonido no se propaga en el vaco.

AcsticaA efectos prcticos la acstica estudia la produccin, transmisin, almacenamiento, percepcin o reproduccin del sonido.

SonidoEl sonido es una sensacin, en el rgano del odo, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elstico (normalmente el aire), debido a rapidsimos cambios de presin, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

SonidoLa funcin del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vaco.

SonidoPara que exista el sonido, es necesaria una fuente de vibracin mecnica y tambin un medio elstico (slido, lquido o gaseoso) a travs del cual se propague la perturbacin. El aire es el medio transmisor ms comn del sonido. La velocidad de propagacin del sonido en el aire es de aproximadamente 343 metros por segundo a una temperatura de 20C (293 Kelvin).SonidoCuando un objeto (emisor) vibra, hace vibrar tambin al aire que se encuentra alrededor de l.

SonidoEsa vibracin se transmite a la distancia y hace vibrar (por resonancia) una membrana que hay en el interior del odo, el tmpano, que codifica (convierte) esa vibracin en informacin elctrica.SonidoEsta informacin se trasmite al cerebro por medio de las neuronas. El cerebro decodifica esa informacin y la convierte en una sensacin. A esa sensacin se le denomina "sonido".

Magnitudes fsicas del sonidoComo todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse por una curva ondulante, como por ejemplo una sinusoide y se pueden aplicar las mismas magnitudes unidades de medida que a cualquier onda mecnica.

Magnitudes fsicas del sonidoLongitud de onda: indica el tamao de una onda. Entendiendo por tamao de la onda, la distancia entre el principio y el final de una onda completa (ciclo). Frecuencia: nmero de ciclos (ondas completas) que se producen unidad de tiempo. En el caso del sonido la unidad de tiempo es el segundo y la frecuencia se mide en Hercios (ciclos/s). Periodo: es el tiempo que tarda cada ciclo en repetirse. Magnitudes fsicas del sonidoAmplitud: indica la cantidad de energa que contiene una seal sonora. No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acstica. Fase: la fase de una onda expresa su posicin relativa con respecto a otra onda. Potencia: La potencia acstica es la cantidad de energa radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acstica depende de la amplitud. Magnitudes fsicas del sonido

Potencia acsticaLa potencia acstica es la cantidad de energa (potencia) radiada por una fuente determinada en forma de ondas por unidad de tiempo.La potencia acstica viene determinada por la propia amplitud de la onda, pues cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la cantidad de energa (potencia acstica) que genera.Potencia acsticaLa potencia acstica es un valor intrnseco de la fuente y no depende del local donde se halle, el valor no vara por estar en un local reverberante o en uno seco.La medicin de la potencia puede hacerse o en la fuente o a cierta distancia de la fuente, midiendo la presin que las ondas inducen en el medio de propagacin. En cada caso respectivo se utilizara la unidad de potencia acstica (que en el SI es el vatio, W) o la unidad de presin (que en el SI es el pascal, Pa).

Nivel sonoro

Nivel de potencia acsticaParmetro que mide la forma en que es percibida la potencia acstica, es decir, el volumen.Las personas no perciben de forma lineal el cambio (aumento/disminucin) de la potencia conforme se acercan/alejan de la fuente. La percepcin de la potencia es una sensacin que es proporcional al logaritmo de esa potencia. Esta relacin logartmica es el nivel de potencia acstica:17

Nivel de potencia acsticaDonde W1 es la potencia a estudiar, y W0 es la potencia umbral de audicin, que expresada en unidades del SI, equivale a 10 12 vatios o 1 pW, y que se toma como referencia fija.La unidad para medir este sonido sera el Belio (o Bel) (B), pero como es una unidad muy grande, se utiliza normalmente su submltiplo, el decibelio (dB), 18

Nivel de potencia acsticaPara sumar sonidos no es correcto sumar los valores de los niveles de potencia o de presin: han de sumarse las potencias o las presiones que los originan. As, dos fuentes de sonido de 21 dB no dan 42 dB sino 24 dB.En este caso se emplea la frmula:

Nivel de potencia acsticaO de lo contrario utilizamos la siguiente frmula:

Nivel de potencia acsticaO de lo contrario utilizamos la siguiente frmula:

En las que Lpres, es el nivel de presin resultante y Xn son los valores de los niveles de presin a sumar, expresados en decibelios. Las frmulas convierten los niveles en sus expresiones fsicas (potencia o presin y, tras sumar stas, vuelve a hallar la expresin del nivel sumado.

Caractersticas o cualidades del sonidoEl Tono viene determinado por la frecuencia fundamental de las ondas sonoras y es lo que permite distinguir entre sonidos graves, agudos o medios. El tono lo determina la longitud de la onda, medida en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Para que podamos percibir los humanos un sonido, ste debe estar comprendido en la franja de 20 y 20.000 Hz.

Caractersticas o cualidades del sonidoPor debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos. A esto se le denomina rango de frecuencia audible. Cuanto mas edad se tiene, este rango va reducindose tanto en graves como en agudos.

Caractersticas o cualidades del sonidoLa Intensidad es la cantidad de energa acstica que contiene un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia acstica, que a su vez est determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o dbil. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonmetro y los resultados se expresan en decibelios (dB).

Caractersticas o cualidades del sonidoEl Timbre es la cualidad que confiere al sonido los armnicos que acompaan a la frecuencia fundamental. Esta cualidad es la que permite distinguir dos sonidos, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos.

Caractersticas o cualidades del sonidoLa duracin. Esta cualidad est relacionada con el tiempo de vibracin del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.

Onda sonoraLas variaciones de presin, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las molculas que lo forman. Cada molcula transmite la vibracin a la de su vecina, provocando un movimiento ondulatorio en cadena.La presin de las partculas que transportan la onda se produce en la misma direccin de propagacin del sonido de la onda, siendo por tanto stas un tipo de ondas longitudinales.

Onda sonoraLas ondas sonoras se desplazan tambin en tres dimensiones y sus frentes de onda son esferas concntricas que salen desde el foco de la perturbacin en todas las direcciones. Por esto son ondas esfricas o tridimensionales.

Onda sonoraEl hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia). El odo humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias entre los 16 y los 20.000Hz. Las ondas que poseen una frecuencia inferior a los 16Hz se denominan infra snicas y las superiores a 20.000Hz, ultrasnicas.

La sonoridadLa sonoridad es una medida subjetiva de la intensidad con la que un sonido es percibido por el odo humano. Es decir, la sonoridad es el atributo que nos permite ordenar sonidos en una escala del ms fuerte al ms dbil.La unidad que mide la sonoridad es el decibelio.

La sonoridadLa sensacin sonora de intensidad (sonoridad) se agudiza para sonidos dbiles, y disminuye para sonidos fuertes, lo que se debe a que la audicin humana no es lineal, sino logartmica.

La sonoridadLlamamos umbral de audicin a la intensidad mnima de sonido capaz de impresionar el odo humano. Su valor se sita en 0 dB o 20 micropascales.Llamamos umbral de dolor a la potencia o intensidad sonora a partir de la cual el sonido produce en el odo sensacin de dolor. Su valor medio se sita en torno a los 110-130 dB o 100 Pascales.

La sonoridadTambin podramos utilizar como unidad de medida el Microbar que es una mil milsima parte de un Bar (magnitud utilizada para medir la presin atmosfrica: 1 Bar = 1.000 milibares). Sin embargo es poco prctica, dado que el sonido ejerce en el aire una millonsima parte de presin respecto a la presin atmosfrica tomada como punto de equilibrio.

La sonoridadNormalmente, se utiliza la escala en decibelios por una razn obvia, es ms manejable utilizar una escala de 0 a 130 (producto de una relacin logartmica) que una que va de la veinte millonsima parte de un pascal a los 100 pascales (producto de una relacin lineal).

La sonoridadLa sonoridad depende de la intensidad de un sonido, pero tambin de su frecuencia, amplitud y de otras variables, como pueden ser la sensibilidad del odo de quien escucha y de la duracin del sonido.

La sonoridadComo la sonoridad no es una magnitud absoluta, lo que se hace es medir el nivel de sonoridad, es decir, determinar cmo es de fuerte un sonido en relacin con otro. Para medir el nivel de sonoridad hay dos unidades: el fonio y el sonio.

FonioEl fon (o fonio) est definido arbitrariamente como la sonoridad de un sonido sinodal de 1 kHz con un nivel de presin sonora (intensidad) de 0 dBSPL. As, 0 dB es igual a 0 fon y 120 dB es igual a 120 fon. Eso siempre para sonidos sinusoidales con frecuencias de 1 kHz. fonios

FonioEl fon es una unidad que no sirve para comparar la sonoridad de dos sonidos diferentes, sino que hace referencia a la sonoridad de un determinado sonido. Lo que se debe a que la escala de fons est relacionada con una escala logartmica.

Curvas isofnicasLas curvas isofnicas son curvas de igual sonoridad. Estas curvas calculan la relacin existente entre la frecuencia y la intensidad de sonido (en decibelios) de dos sonidos para que stos sean percibidos como igual de fuertes, con lo que todos los puntos sobre una misma curva isofnica tienen la misma sonoridad.

Curvas isofnicasAs, si 0 fon corresponden a una sonoridad con una intensidad de 0 dB con una frecuencia de 1 kHz, tambin una sonoridad de 0 fon podra corresponder a una sonoridad con una intensidad de 60 dB con una frecuencia de 70 Hz.Las primeras curvas de igual sonoridad fueron establecidas por Munson y Fletcher en 1930.

Curvas isofnicas

Curvas isofnicasEn estas curvas isofnicas se observa cmo, a medida que aumenta la intensidad sonoras, las curvas se hacen, cada vez, ms planas. Esto se traduce en que la dependencia de la frecuencia es menor a medida que aumenta el nivel de presin sonora, lo que significa que si disminuye la intensidad sonora los primeros sonidos en desaparecer seran los agudos (altas frecuencias).

Curvas isofnicasLas curvas de Munson y Fletcher fueron re calculadas, ms tarde, por Robinson y Dadson.Las curvas Munson y Fletcher y las curvas de Robinson y Dadson slo son vlidas para un campo sonoro directo, dado que no tienen en cuenta que no percibimos por igual los sonidos si provienen de diferentes direcciones (campo sonoro difuso).

Curvas isofnicasOtras curvas de ponderacin muy difundidas son:la curva A (curva de nivel de sonoridad de 30 fon, medidas en decibelios A - dBA). La curva B (curva de nivel de sonoridad de 70 fon, medidas en decibelios B - dBB). La curva C (curva de nivel de sonoridad de 100 fon medidas en decibelios C - dBC).

El sonidoComo el fon es una unidad que no sirve para comparar la sonoridad de dos sonidos diferentes, se estableci una nueva unidad, el son (o sonio), capaz de establecer la relacin real de sonoridad de sonidos diferentes.El son est definido arbitrariamente como la sonoridad de un sonido sinodal de 1 kHz con un nivel de presin sonora (intensidad) de 40 dBSPLEl batimientoEl batimiento es un fenmeno que se genera al superponerse dos ondas sinusoidales con frecuencias ligeramente distintas. La frecuencia de batimiento es igual a la mitad de la diferencia de las frecuencias de las dos ondas. fbat = (f1 - f2) / 2El batimientoEl batimiento de dos ondas sonoras se percibe como un golpeteo o un vibrato. Un ejemplo familiar de batimiento es el que producen dos cuerdas de guitarra de frecuencias parecidas. Si prestamos atencin oiremos un sonido de intensidad muy baja y altura muy grave (casi inaudible).

El batimiento lentoEl mnimo de desafinacin que un odo humano entrenado puede discriminar es un savart (0,00231 de semitono), que equivale a 4 cents (el cual es una centsima "logartmica" de semitono, que equivale a 0,00057779).El batimiento lentoSi con un instrumento ejecutamos una nota la4 (la quinta tecla blanca a la derecha del do central de un piano), que equivale a 440 hercios (Hz) y con otro instrumento de afinacin no fija emitimos simultneamente una nota la muy ligeramente desafinada, por ejemplo de 439 Hz, escucharemos una resultante parecida a una nota la, pero con un desfase que adoptar la forma de un ligero vibrato (variacin de la frecuencia del sonido).El batimiento lentoEn este ejemplo, este mnimo calamento ('desafinacin hacia el grave') perceptible generara una nota de 438,98 Hz de frecuencia.fbat = (440,00 Hz - 438,9846 Hz) / 2 = 1,01544 / 2 = 0,5077 HzEsto significa que cada 1,9695 segundos se escuchar una variacin de la intensidad del sonido (un batimiento).El batimiento rpidoCuando el batimiento es muy rpido y est por encima de los 20 Hz (inclusive menos), supera el umbral de audicin y el cerebro humano lo comienza a percibir como una frecuencia muy grave, cuya frecuencia es correspondiente a la diferencia de las dos ondas que interactan.El batimiento rpidoEs interesante notar que esa tercera frecuencia (el batimiento propiamente dicho) no es real, ya que no puede ser percibida mediante un osciloscopio) sino que es un falso sonido generado por el propio cerebro. Por eso se dice que el batimiento es un fenmeno psicoacstico.Propagacin del sonidoReflexinUna onda cuando topa con un obstculo que no puede traspasar se refleja (vuelve al medio del cual proviene).Una onda se refleja (rebota al medio del cual proviene) cuando topa con un obstculo que no puede traspasar ni rodear.Propagacin del sonido

Propagacin del sonidoEl tamao del obstculo y la longitud de onda determinan si una onda rodea el obstculo o se refleja en la direccin de la que provena.Si el obstculo es pequeo en relacin con la longitud de onda, el sonido lo rodeara (difraccin), en cambio, si sucede lo contrario, el sonido se refleja (reflexin).Propagacin del sonidoSi la onda se refleja, el ngulo de la onda reflejada es igual al ngulo de la onda incidente, de modo que si una onda sonora incide perpendicularmente sobre la superficie reflejante, vuelve sobre s misma.

Propagacin del sonidoLa reflexin no acta igual sobre las altas frecuencias que sobre las bajas. Lo que se debe a que la longitud de onda de las bajas frecuencias es muy grande (pueden alcanzar los 18 metros), por lo que son capaces de rodear la mayora de obstculos.

Propagacin del sonidoEn acstica esta propiedad de las ondas es sobradamente conocida y aprovechada. No slo para aislar, sino tambin para dirigir el sonido hacia el auditorio mediante placas reflectoras (reflectores y tornavoces).Propagacin del sonidoLa lnea amarilla es el sonido directo, las otras lneas son algunas de las primeras reflexiones

Fenmenos relacionadas con la reflexinLas ondas estacionarias. Una onda estacionaria se produce por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje. Dependiendo como coincidan las fases de la onda incidente y de la reflejada, se producir una modificacin del sonido (aumenta la amplitud o disminuye), por lo que el sonido resultante puede ser desagradable. En determinadas circunstancias, la onda estacionaria puede hacer que la sala entre en resonancia. Fenmenos relacionadas con la reflexinEl eco. La seal acstica original se ha extinguido, pero an nos es devuelto sonido en forma de onda reflejada. El eco se explica porque la onda reflejada nos llega en un tiempo superior al de la persistencia acstica.

Fenmenos relacionadas con la reflexinLa reverberacin. Se produce reverberacin cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extincin de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acstica del odo.

La absorcinCuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energa se refleja, pero un porcentaje de sta es absorbida por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de energa que propagan, ninguno es completamente opaco.La absorcinEn relacin con la absorcin ha de tenerse en cuenta:El coeficiente de absorcin que indica la cantidad de sonido que absorbe una superficie en relacin con la incidente. La frecuencia crtica es la frecuencia a partir de la cual una pared rgida empieza a absorber parte de la energa de las ondas incidentes.

La absorcinTipos de materiales en cuanto a su absorcinMateriales resonantes, que presentan la mxima absorcin a una frecuencia determinada: la propia frecuencia del material. Materiales porosos, que absorben ms sonido a medida de que aumenta la frecuencia. Es decir, absorben con mayor eficacia las altas frecuencias (los agudos). Por ejemplo: la espuma acstica. La absorcinAbsorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas frecuencias (los graves), que las altas. Absorbente Helmholtz Es un tipo de absorbente creado artificialmente que elimina especficamente unas determinadas frecuencias. TransmisinEn muchos obstculos planos (los separados de los edificios) una parte de la energa se transmite al otro lado del obstculo. La suma de la energa reflejada, absorbida y transmitida es igual a la energa sonora incidente (original).Transmisin

RefraccinEs la desviacin que sufren las ondas en la direccin de su propagacin, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. La refraccin se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagacin del sonido.RefraccinC1, es el sonido incidente; C2, el refractadoA diferencia de lo que ocurre en el fenmeno de la reflexin en la refraccin, el ngulo de refraccin ya no es igual al de incidencia.

RefraccinLa refraccin se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagacin del sonido.La refraccin tambin puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las caractersticas de este no son homogneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o disminuye la temperatura.RefraccinEjemplo: Sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las ms profundas, donde no llega el sol, estn ms fras que las superficiales. En estas capas ms fras prximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.Difraccin o dispersinSe llama difraccin al fenmeno que ocurre cuando el sonido, ante determinados obstculos o aperturas, en lugar de seguir la propagacin en la direccin normal, se dispersa.

Difraccin o dispersinLa explicacin la encontramos en el Principio de Huygens que establece que cualquier punto de un frente de ondas es susceptible de convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idnticas a la que lo origin. La explicacin la encontramos en el Principio de Huygens que establece que cualquier punto de un frente de ondas es susceptible de convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idnticas a la que lo origin.Difraccin o dispersinDe acuerdo con este principio, cuando la onda incide sobre una abertura o un obstculo que impide su propagacin, todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas.Difraccin o dispersinLa difraccin se puede producir por dos motivos diferentes:porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeo obstculo y lo rodea. Las bajas frecuencias son ms capaces de rodear los obstculos que las altas. Esto es posible porque las longitudes de onda en el espectro audible estn entre 3 cm y 12 m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de los obstculos que encuentran. porque una onda sonora topa con un pequeo agujero y lo atraviesa. Difraccin o dispersinLa cantidad de difraccin estar dada en funcin del tamao de la propia abertura y de la longitud de onda.Si una abertura es grande en comparacin con la longitud de onda, el efecto de la difraccin es pequeo. La onda se propaga en lneas rectas o rayos, como la luz. Cuando el tamao de la abertura es considerable en comparacin con la longitud de onda, los efectos de la difraccin son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura. Difraccin o dispersin

En la ilustracin, la lnea azul representa la difraccin; la verde, la reflexin y la marrn, refraccin.Difraccin o dispersinLa cantidad de difraccin estar dada en funcin del tamao de la propia abertura y de la longitud de onda.Si una abertura es grande en comparacin con la longitud de onda, el efecto de la difraccin es pequeo. La onda se propaga en lneas rectas o rayos, como la luz. Cuando el tamao de la abertura es considerable en comparacin con la longitud de onda, los efectos de la difraccin son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura. Velocidad del sonidoLa velocidad del sonido es la velocidad de propagacin de las ondas mecnicas longitudinales, producidas por variaciones de presin del medio. Estas variaciones de presin generan en el cerebro la sensacin del sonido.Velocidad del sonidoLa velocidad de propagacin de la onda sonora depende de las caractersticas del medio en el que se realiza dicha propagacin y no de las caractersticas de la onda o de la fuerza que la genera.

Velocidad del sonidoAunque la velocidad del sonido no depende del tono (frecuencia) ni de la longitud de onda de la onda sonora, s es importante su atenuacin. Este fenmeno se explica por ley cuadrtica inversa, que explica que cada vez que se aumenta al doble la distancia a la fuente sonora, la intensidad sonora disminuye.Velocidad del sonidoLa velocidad del sonido vara ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partculas que transportan la vibracin y este aumento de actividad hace que aumente la velocidad.Velocidad del sonidoPor ejemplo. Sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Velocidad del sonidoCada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las ms profundas, donde no llega el sol, estn ms fras que las superficiales. En estas capas ms fras prximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.Velocidad del sonidoEn general, la velocidad del sonido es mayor en los slidos que en los lquidos y en los lquidos mayores que en los gases.La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20C) es de 340m/s. En el agua es de 1.60012477258254m/s. En la madera es de 3.900m/s. En el acero es de 5.100m/s. Velocidad del sonidoEn este caso las propiedades fsicas del aire, su presin y humedad por ejemplo, son factores que afectan la velocidad.Por ejemplo, cuanto mayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagacin. La velocidad del sonido en el aire aumenta 0,6m/s por cada 1C de aumento en la temperatura.Velocidad del sonidoUna velocidad aproximada (en metros/segundo) puede ser calculada mediante la siguiente frmula emprica:

Donde:

Es la temperatura en grados Celsius (-273 Kelvin)

donde es la temperatura en grados Celsius (-273kelvin);

. Velocidad del sonidoUna ecuacin ms exacta, referida normalmente como velocidad adiabtica del sonido, viene dada por la frmula siguiente:Donde:R es la constante de los gases, m es el peso molecular promedio del aire (R/m = 287J/kg K] para el aire), es la razn de los calores especficos (=cp/cv siendo igual a 1,4 para el aire), T es la temperatura absoluta en Kelvin.

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Velocidad del sonidoEn una atmsfera estndar se considera que T es 293,15 Kelvin, dando un valor de 343m/s 1.235kilmetros/hora. Esta frmula supone que la transmisin del sonido se realiza sin prdidas de energa en el medio, aproximacin muy cercana a la realidad.

. Velocidad del sonidoLa teora de la Relatividad de Albert Einstein supone regresar en el tiempo si se viaja en reversa a la velocidad del sonido, siempre y cuando se rompa esta ecuacin que construye una barrera dimensional

. Velocidad del sonidoVelocidad de sonido en el aguaLa velocidad del sonido en el agua es de inters para realizar mapas del fondo del ocano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500m/s y en agua dulce a 1.435m/s. Estas velocidades varan debido a la presin, profundidad, temperatura, salinidad y otros factores.

. Efecto doppler.

Diagrama del Efecto DopplerEfecto DopplerEl efecto Doppler, llamado as por Christian Andreas Doppler, consiste en la variacin de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. Doppler propuso este efecto en 1842 en una monografa titulada ber das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels ("Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros").

. Efecto DopplerSu hiptesis fue investigada en 1845 para el caso de ondas sonoras por el cientfico holands Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot, confirmando que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es ms agudo que si la fuente se aleja.. Efecto DopplerHippolyte Fizeau descubri independientemente el mismo fenmeno en el caso de ondas electromagnticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "Efecto Doppler-Fizeau".

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Efecto Doppler.

Un micrfono inmvil registra las sirenas de los policas en movimiento en diversos tonos dependiendo de su direccin relativa.Efecto DopplerHay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagacin de esas ondas.. Efecto DopplerLa velocidad de una ambulancia (50km/h) no es insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1.235km/h), por eso se aprecia claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono ms agudo a uno ms grave, justo en el momento en que el vehculo pasa al lado del observador.. Algebra del efecto Doppler en odas sonorasImaginemos que un observador O se mueve hacia una fuente S que se encuentra en reposo. El medio es aire y se encuentra en reposo. El observador O comienza a desplazarse hacia la fuente con una velocidad vo. La fuente de sonido emite un sonido de velocidad v, frecuencia f y longitud de onda .. Algebra del efecto Doppler en odas sonorasPor lo tanto, la velocidad de las ondas respecto del observador no ser la v del aire, sino la siguiente:

Sin embargo, no debemos olvidar que como el medio no cambia, la longitud de onda ser la misma, por lo tanto si:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasPero como mencionamos en la primera explicacin de este efecto, el observador al acercarse a la fuente oir un sonido ms agudo, esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina frecuencia aparente y la simbolizaremos con f'.. Algebra del efecto Doppler en odas sonorasPero como mencionamos en la primera explicacin de este efecto, el observador al acercarse a la fuente oir un sonido ms agudo, esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina frecuencia aparente y la simbolizaremos con f'..

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasEl observador escuchar un sonido de mayor frecuencia debido a que

Analizando el caso contrarioCuando el observador se aleje de la fuente, la velocidad v' ser v' = v vo y de manera anloga podemos deducir que:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasEn este caso la frecuencia aparente percibida por el observador ser menor que la frecuencia real emitida por la fuente, lo que genera que el observador perciba un sonido de menor altura o ms grave.De estas dos situaciones concluimos que cuando un observador se mueve con respecto a una fuente en reposo, la frecuencia aparente percibida por el observador es:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasAhora consideraremos el caso donde el observador se encuentra en reposo y la fuente se mueve. Cuando la fuente se desplace hacia el observador, los frentes de onda estarn ms cerca uno del otro. En consecuencia, el observador percibe sonidos con una menor longitud de onda. Esta diferencia de longitud de onda puede expresarse como:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasPor tanto, la longitud de onda percibida ser:

Como podemos deducir que:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasHaciendo un razonamiento anlogo para el caso contrario (fuente alejndose), podemos concluir que la frecuencia percibida por un observador en reposo con una fuente en movimiento ser:.

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasCuando la fuente se acerque al observador se pondr un (-) en el denominador, y cuando la fuente se aleje se lo reemplazar por un (+).Al terminar de leer lo anteriormente expuesto surge la siguiente pregunta: Qu pasar si la fuente y el observador se mueven al mismo tiempo? En este caso particular se aplica la siguiente formula, que no es ms que una combinacin de las dos:

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Algebra del efecto Doppler en odas sonorasLos signos y deben ser respetados de la siguiente manera. Si en el numerador se suma, en el denominador debe restarse y viceversa.

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Algebra del efecto Doppler en odas sonorasEjemplo:Un observador se mueve con una velocidad de 42 m/s hacia un trompetista en reposo emitiendo la nota La a 440 Hz Qu frecuencia percibir el observador? (Dato: ).

Resolucin: Si el observador se acerca hacia la fuente, esto implica que la velocidad con que percibir cada frente de onda ser mayor, por lo tanto la frecuencia aparente ser mayor a la real. Para que esto ocurra debemos aplicar el signo (+) en la ecuacin..

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasEn este caso particular, el trompetista toca la nota La a 440 Hz, sin embargo el observador percibe una nota que vibra a una frecuencia de 493,88 Hz, que es la frecuencia perteneciente a la nota Si. Musicalmente hablando, el observador percibe el sonido un tono ms arriba del que se emite realmente..

Algebra del efecto Doppler en odas sonorasEn este caso particular, el trompetista toca la nota La a 440 Hz, sin embargo el observador percibe una nota que vibra a una frecuencia de 493,88 Hz, que es la frecuencia perteneciente a la nota Si. Musicalmente hablando, el observador percibe el sonido un tono ms arriba del que se emite realmente..