Las ondas sonoras viajan a través de cualquier medio material con una rapidez que depende de las propiedades del medio Las ondas sonoras se dividen en tres categorías que cubren diferentes intervalos de frecuencia. 1) Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano. Ejemplo: instrumentos musicales, voces humanas o bocinas. 1) 2) Las ondas infrasónicas tienen frecuencias por abajo del intervalo audible. Los elefantes usan ondas infrasónicas para comunicarse mutuamente, aun cuando estén separados por varios kilómetros. 3) Las ondas ultrasónicas tienen frecuencias por arriba del alcance audible. Ejemplo: Silbatos “silenciosos” para perros. Los perros escuchan el sonido ultrasónico que emite este silbato, para los humanos es imposible detectarlo. Las ondas ultrasónicas también se usan para la formación de imagen médica.

RAPIDEZ DE ONDAS SONORAS La rapidez de las ondas sonoras en un medio depende de la compresibilidad y la densidad del medio; si éste es un líquido o un gas y tiene un módulo volumétrico B y densidad ρ, la rapidez de las ondas sonoras en dicho medio es:

La rapidez del sonido también depende de la temperatura del medio. La relación entre la rapidez de la onda y la temperatura del aire, para sonido que viaja a través del aire, es:

donde 331 m/s es la rapidez del sonido en aire a 0°C y TC es la temperatura del aire en grados Celsius

Intensidad de ondas sonoras periódicas Un procedimiento similar al de la sección 16.5, donde se evaluó la rapidez de transferencia de energía para una onda sobre una cuerda, muestra que la energía cinética en una longitud de onda de la onda sonora es

la energía mecánica total para una longitud de onda es

La rapidez de transferencia de energía es

donde v es la rapidez del sonido en el aire.

La intensidad I de una onda, o la potencia por cada unidad de area, se define como la rapidez a la cual la energia transportada por la onda se transfiere a traves de una unidad de area A perpendicular a la direccion de viaje de la onda:

Intensidad de una onda sonora

la amplitud de presión ΔPmáx

EJEMPLO 17.2 Límites auditivos Los sonidos mas débiles que el oído humano puede detectar a una frecuencia de 1 000 Hz corresponden a una intensidad de aproximadamente 1.00 x 10 -12W/m2, que se llama umbral de audición. Los sonidos mas fuertes que el oído tolera a esta frecuencia corresponden a una intensidad de aproximadamente 1.00 W/m2, el umbral de dolor. Determine la amplitud de presión y la amplitud de desplazamiento asociadas con estos dos limites. SOLUCIÓN

EJEMPLO Variaciones de intensidad de una fuente puntual Una fuente puntual emite ondas sonoras con una salida de potencia promedio de 80.0 W. A) Encuentre la intensidad a 3.00 m de la fuente. Imagine una pequeña corneta que envía sonido con rapidez promedio de 80.0 W de manera uniforme en todas direcciones. Usted está de pie a 3.00 m de distancia. A medida que el sonido se propaga, la energía de las ondas sonoras se dispersa sobre una esfera siempre en expansión. Ya que una fuente puntual emite energía en la forma de ondas esféricas, use la siguiente ecuación para encontrar la intensidad

Esta intensidad es cercana al umbral del dolor. B) Hallar la distancia a la cual la intensidad del sonido es 1.00 x 10-8 W/m2.

Nivel sonoro en decibeles El oido humano puede detectar un amplio intervalo de intensidades. Ya que este intervalo es tan amplio, es conveniente usar una escala logarítmica, donde el nivel sonoro β(letra griega beta) se define mediante la ecuación

Ejemplo: Niveles sonoros Dos maquinas idénticas se colocan a la misma distancia de un trabajador. La intensidad del sonido entregado por cada maquina en funcionamiento en la posición del trabajador es de 2.0x 10-7 W/m2. A) Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando una maquina esta en funcionamiento.

B) Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando dos maquinas están en funcionamiento:

Finalizar Estos resultados demuestran que, cuando se duplica la intensidad, el nivel sonoro aumenta sólo en 3 dB.

EL EFECTO DOPPLER Tal vez haya notado cómo varía el sonido de la corneta de un vehículo a medida que éste se aleja. La frecuencia del sonido que escucha mientras el vehículo se aproxima a usted es más alta que la frecuencia que escucha mientras se aleja. Esta experiencia es un ejemplo del efecto Doppler.

Sean f la frecuencia de la fuente, λ la longitud de onda y v la rapidez del sonido en la figura 17.8. Si el observador también queda estable, detectará frentes de onda a una frecuencia f. se puede decir que la frecuencia f´ que escucha el observador está aumentada y se conoce por

Si el observador es móvil alejándose de la fuente, la rapidez de la onda relativa escuchada por el observador queda reducida y se encuentra por

Un submarino (sub A) viaja a través de agua con una rapidez de 8.00 m/s y emite una onda de sonar con una frecuencia de 1 400 Hz. La rapidez del sonido en el agua es de 1 533 m/s. Un segundo submarino (sub B) se localiza de tal modo que ambos submarinos viajan directamente uno hacia el otro. El segundo submarino se mueve a 9.00 m/s. A) ¿Qué frecuencia detecta un observador que viaja en el sub B mientras los submarinos se aproximan uno al otro?

B) Los submarinos apenas evitan el choque. ¿Qué frecuencia detecta un observador en el sub B mientras los submarinos se alejan uno del otro?