Sonido: sus características, cómo viaja el sonido y la reflexión del sonido (explicado con un diagrama)
Sonido: sus características, cómo viaja el sonido y la reflexión del sonido (explicado con un diagrama).
Escuchamos muchos tipos diferentes de sonidos en todas nuestras horas de vigilia. Algunos son agradables, algunos desagradables. Algunos son agudos, mientras que otros son bajos. Algunos son ruidosos y otros suaves. Discutiremos cómo se producen los sonidos y qué caracteriza a un sonido.
Cómo se produce el sonido:
Las siguientes actividades te ayudarán a entender cómo se produce el sonido.
1. Toca la campana de un templo para que suene. Toca la campana cuando suene. Sentirás vibraciones.
2. Estire una banda de goma a través de una caja de lápices. Empuje dos lápices debajo de la banda de goma. Si arranca la banda de goma estirada con el dedo, oirá un sonido. También notará que la banda de goma está vibrando.
3. Coloque sus dedos ligeramente sobre su garganta y hable. Sentirás vibraciones.
4. La figura 9.2 muestra un diapasón que se usa en el laboratorio para producir sonido. Cuando golpeas una de las puntas contra una almohadilla de goma, el diapasón produce un sonido. Si toca la punta suavemente mientras el tenedor produce un sonido, sentirá que vibra.
Si pone la punta vibrante en contacto con la superficie de un poco de agua en un recipiente, verá que la punta crea ondas en el agua. En todas estas actividades, el cuerpo productor de sonido vibra. Si detienes las vibraciones, el sonido se detiene. Por lo tanto, puede concluir que el sonido es producido por las vibraciones, o el movimiento de un cuerpo a otro.
Características del sonido:
Tres características nos ayudan a distinguir entre un sonido y otro. Estos son la sonoridad, el tono y la calidad de un sonido. Y estas características están determinadas por las vibraciones que producen el sonido.
Volumen:
¿Qué determina la sonoridad o suavidad de un sonido? Siente tu garganta mientras susurras y luego siéntela mientras gritas. ¿Puedes adivinar de qué depende la sonoridad de un sonido? La siguiente actividad te ayudará.
Actividad:
En una de las actividades anteriores, había arrancado una banda elástica estirada. Pruébalo otra vez. Toca la banda de goma suavemente para producir pequeñas vibraciones y observa el sonido que hace. Luego desplázalo con fuerza para que las vibraciones sean mucho más grandes. ¿El sonido se vuelve más fuerte?
La intensidad del sonido producido por un cuerpo vibrante depende del tamaño de las vibraciones. Una forma más científica de decir esto es que la intensidad de un sonido depende de la amplitud de las vibraciones que lo producen.
La amplitud de las vibraciones de un cuerpo vibrante es el desplazamiento máximo (distancia que se mueve) del cuerpo desde su posición de reposo. En el caso de la banda elástica, la distancia a través de la cual la jala es su amplitud. Cuanto más fuerte lo tire, más grande es la amplitud y más fuerte es el sonido.
Tono:
El tono de un sonido tiene que ver con qué tan agudo o bajo es. Un sonido agudo, como el de un silbato, es agudo. Un sonido de bajo, como el de un bombo, es de bajo tono. El tono de la voz de un niño es más alto que el de un adulto. Veamos de qué depende el tono.
En la actividad de la banda elástica, observe cómo cambia el sonido si sigue apretando la banda elástica alrededor de uno de los lápices. Notará que al apretar la banda elástica, vibra más rápido y produce un sonido más agudo. Esto también es cierto para los instrumentos de cuerda. Cuando los músicos quieren "afinar su instrumento más alto" o aumentar su tono, aprietan las cuerdas para que vibren más rápido.
Así, el tono de un sonido depende de la rapidez de sus vibraciones. La rapidez de las vibraciones también se conoce como la frecuencia de las vibraciones. La frecuencia de un cuerpo vibrante es el número de vibraciones que completa en un segundo. La unidad de frecuencia SI es el hercio (símbolo: Hz). Si un cuerpo que vibra completa 10 vibraciones en un segundo, su frecuencia es de 10 Hz.
Vamos a investigar un poco más. Acercar los lápices y tirar de la banda de goma. Notará que a medida que se reduce la distancia entre los lápices, el sonido producido se vuelve más agudo o más agudo. Por lo tanto, las longitudes más cortas producen sonidos de tono más alto. A continuación, compara los sonidos producidos por bandas de goma de diferentes espesores. Encontrará que cuanto más gruesa sea la banda elástica, menor será el tono del sonido producido.
Instrumentos de cuerda:
En los instrumentos de cuerda, como la guitarra, el violín, la veena, el sitar y el sarod, el sonido se produce mediante cuerdas vibrantes (generalmente cables de metal). La frecuencia del sonido producido depende de la longitud, el grosor y la tensión de la cuerda. Las cuerdas más gruesas producen sonidos de un tono más bajo y, a medida que reduce la longitud de una cadena (dependiendo de dónde lo presione), el tono aumenta.
Instrumentos de viento:
En los instrumentos de viento, como el saxofón, el clarinete, el shehnai y la flauta, el sonido se produce al vibrar las columnas de aire. Estos instrumentos son básicamente como tubos huecos (de diferentes formas), y el músico los sopla para hacer vibrar la columna de aire en su interior. La frecuencia del sonido producido depende de la longitud de la columna de aire, que se puede ajustar.
Llena una botella de vidrio con un poco de agua. Sopla a través de la boca de la botella y escucha el sonido. Cambia el nivel de agua en la botella. ¿Cambia el tono del sonido? Esto es similar a cómo se altera el tono en un instrumento de viento.
Vierta diferentes cantidades de agua en cuatro o cinco vasos. Golpéelos con un lápiz y escuche la diferencia en el tono (Figura 9.4). Así es como se juega el jal tarang.
Instrumentos de percusión:
Los instrumentos de percusión, como la tabla, mridangam, tambores y bongos, generalmente tienen una membrana estirada sobre un cuerpo cilíndrico de metal, madera o arcilla. La tensión de la membrana y su área determinan el tono del sonido producido. Las áreas más pequeñas y las membranas más tensas producen sonidos más estridentes.
Calidad:
Por la calidad de un sonido nos referimos a si es rico o plano. Incluso si un sitar y un sarod producen sonidos de la misma frecuencia (tono) y amplitud (sonoridad), podrá distinguirlos porque la calidad de los sonidos será diferente. En realidad, cuando un cuerpo vibra, nunca produce sonido de una sola frecuencia.
Cuando toca una nota en particular en una guitarra, por ejemplo, el instrumento no produce una nota de una frecuencia en particular. Digamos que la nota básica (sonido) producida por la guitarra es de frecuencia f. También producirá sonidos de frecuencias que son múltiplos de f (es decir, 2f, 3f, etc.). El sonido básico (f) producido es el más alto y se llama fundamental.
Los otros sonidos mezclados con él son más suaves que los fundamentales y tienen una intensidad variable. Estos se llaman armónicos (el fundamental es el primer armónico). Cuando se toca la misma nota en diferentes instrumentos, la frecuencia básica generada, o la fundamental, es la misma. Sin embargo, los armónicos presentes y su sonoridad relativa son diferentes. Esto es lo que determina la calidad de un sonido. En general, un sonido es más rico si hay un mayor número de armónicos.
Música y Ruido:
El ruido, como el estallido de las galletas, es desagradable para los oídos. La música, por otro lado, es agradable a los oídos. La diferencia básica entre el ruido y la música es que la primera es producida por vibraciones irregulares, mientras que la segunda es producida por vibraciones regulares. Cuando las frecuencias de vibraciones (sonidos) tienen una relación definida entre sí, las llamamos regulares.
Las frecuencias de las notas utilizadas para producir música, ya sean indias (sa, re, ga, ma, pa, dha, ni) u western (do, re, mi, fa, so, la, ti), tienen una relación definida con El uno al otro. La música suena discordante, fuera de tono o besura cuando no puede mantener esta relación.
La contaminación acústica:
El ruido no solo es desagradable para los oídos. También puede causar estrés, ansiedad, trastornos del sueño y daños permanentes en la audición. Es el volumen del sonido lo que es relevante en el contexto de la contaminación acústica, o el efecto dañino del ruido en la salud humana. Incluso la música que se reproduce muy fuerte puede causar contaminación acústica.
La sonoridad de un sonido se mide en decibelios (símbolo: dB). Un ruido muy fuerte (140-150 dB), como el que se produce cuando despega un avión, puede reventar el tímpano. Un nivel de ruido de 120-140 dB (no infrecuente en un concierto de rock) puede dañar los oídos. Incluso un nivel de ruido de 80-90 dB (como en fábricas y calles concurridas) puede dañar la audición si uno está expuesto a él durante largas horas.
Lo que podemos hacer:
Algunas de las cosas que todos podemos hacer para reducir la contaminación acústica es evitar el uso de altavoces durante las festividades y bajar el volumen de nuestros televisores y sistemas de música.
Algunos otros pasos que se pueden tomar son los siguientes:
1. Las industrias deben estar ubicadas lejos de áreas residenciales.
2. Las bocinas de vehículos solo deben usarse cuando sea necesario.
3. Las máquinas deben mantenerse en buenas condiciones para reducir el ruido industrial. Las personas que trabajan en industrias ruidosas pueden protegerse usando orejeras.
Actividad:
Comience una campaña de sensibilización en su vecindario. Puede consultar a un médico y colocar carteles sobre los efectos nocivos de la contaminación acústica. Trate de convencer a la gente de que no rompan las galletas o que usen altavoces durante las festividades. Intente también convencerlos de que bajen el volumen de sus televisores y sistemas de música.
Cómo viaja el sonido:
El sonido producido por un cuerpo vibrante es una forma de energía. El cuerpo vibrante transfiere esta energía a las moléculas de aire circundantes, que luego comienzan a vibrar con la misma frecuencia. Estas moléculas transmiten las vibraciones a las moléculas vecinas, y así sucesivamente. Así es como el sonido viaja en todas las direcciones desde el cuerpo productor de sonido.
Después de viajar una cierta distancia, las vibraciones desaparecen debido a la pérdida de energía. Cuanto más fuerte sea el sonido o mayor sea la amplitud de las vibraciones, mayor será la distancia recorrida por ellas antes de que desaparezcan.
El sonido necesita un medio para viajar:
El sonido viaja porque el cuerpo vibrante pasa las vibraciones a las moléculas del medio circundante. Si no hubiera moléculas para transmitir las vibraciones, no viajaría. La siguiente actividad le mostrará que el sonido no puede viajar a través del vacío.
Necesitará un recipiente conectado a una bomba de vacío y sellado herméticamente por un tapón. Encienda un transistor (radio) y colóquelo dentro del frasco. Podrás escuchar el sonido del transistor. Poner en marcha la bomba. A medida que el aire comienza a bombearse, el sonido se debilitará. Eventualmente, no escucharás ningún sonido en absoluto.
Velocidad del sonido:
Es posible que haya notado que ve un relámpago antes de escuchar el trueno que lo acompaña. La luz viaja tan rápido (a 300, 000 km / s) que ves el flash casi instantáneamente. El sonido viaja mucho más lento, por lo que el sonido del trueno toma tiempo para alcanzarte.
El sonido viaja a una velocidad de unos 340 m / s en el aire. Viaja mucho más rápido (a unos 1, 5 km / s) a través del agua. Viaja más rápido aún a través de los sólidos. Esto se debe a que las moléculas están más compactas en sólidos y líquidos que en el aire. Como las moléculas transportan las vibraciones, lo hacen de manera más eficiente cuando están más juntas.
El sonido también transporta mucho más lejos a través de líquidos y sólidos que a través del aire. Además, los sonidos son más claros y más fuertes (es decir, la amplitud es mayor) cuando se escuchan a través de líquidos y sólidos en lugar de a través del aire. Esta es la razón por la cual las ballenas pueden comunicarse entre sí a lo largo de incluso cien kilómetros.
Actividad:
Párese a aproximadamente 1 m de un reloj de alarma y escúchelo. Ahora colóquelo a aproximadamente 1 m del borde de una mesa, coloque la oreja en el borde y escuche. ¿El sonido se vuelve más fuerte?
Teléfono:
En términos generales, cualquier dispositivo que pueda transmitir sonido a una distancia es un teléfono. Los primeros esfuerzos para producir un dispositivo en el que el sonido podía ser transportado por electricidad se hicieron en la década de 1860. En el teléfono inicial, un pergamino estirado en la boquilla vibraba con el sonido.
Estas vibraciones se convirtieron en una corriente eléctrica fluctuante, que hizo vibrar un pergamino en el receptor y estas vibraciones llegaron al oído del oyente. Sin embargo, mucho antes de que alguien pensara en usar la electricidad para transmitir el sonido, la gente hacía teléfonos de cuerdas. También puedes hacer uno.
Haciendo un teléfono:
Hacer agujeros en las bases de dos vasos de papel. Pase una cuerda dura y retorcida o un cable delgado a través de los orificios. Asegure la cuerda atando fósforos en los dos extremos. Estira la cuerda y habla suavemente en una taza, mientras tu amigo escucha a través de la otra. Los vasos de papel funcionan mejor que las latas porque el papel vibra más fácilmente.
Sonidos hechos y escuchados por animales:
Todos los animales superiores (mamíferos y aves) se comunican entre sí haciendo sonidos con la ayuda de las cuerdas vocales. Entre los animales inferiores, las ranas tienen cuerdas vocales. Algunos insectos hacen ruidos muy fuertes aunque no tienen cuerdas vocales.
Los grillos hacen un chirrido al frotar sus alas, mientras que los saltamontes hacen un ruido fuerte al frotar sus patas traseras contra sus alas. Las serpientes silban sacando aire de sus bocas. El zumbido de las abejas, mosquitos y moscas es causado por la vibración de sus alas.
Como hablamos
El órgano que nos ayuda a hablar se llama laringe. Se encuentra entre la faringe y la tráquea. Cuando el aire exhalado pasa a través de la laringe, dos pliegues de tejido dentro de él vibran, produciendo sonido. Los pliegues del tejido se llaman las cuerdas vocales. También controlan el tamaño de la abertura de la laringe.
Cuando las cuerdas vocales se vuelven tensas y delgadas, y la apertura de la laringe se estrecha, aumenta la frecuencia del sonido producido. La frecuencia (o tono) también depende de la longitud de las cuerdas vocales. Las mujeres suenan más agudas que los hombres porque sus cuerdas vocales son más cortas.
Como escuchamos
Oímos con la ayuda de nuestros oídos. Cada oreja se divide en tres partes: externa, media e interna. Las vibraciones de cualquier cuerpo productor de sonido (incluidas las palabras habladas por otros) se transmiten a nuestros oídos por las moléculas vibrantes del aire. Estas vibraciones llegan primero al oído externo.
Oído externo:
El oído externo está formado por el pabellón auricular, que puedes ver y sentir, y el canal auditivo, cuya abertura es visible para ti. Cuando las vibraciones del sonido llegan al oído, las moléculas de aire dentro del canal comienzan a vibrar y golpean una membrana estirada, llamada tímpano. El tímpano separa el oído externo del oído medio.
Oído medio:
El oído medio, que se encuentra más allá del tímpano, tiene tres huesos delicados entrelazados, llamados martillo, yunque y estribo. Las vibraciones del tímpano hacen que estos huesos vibren. Los huesos pasan las vibraciones al oído interno.
Oído interno:
El oído interno tiene un tubo enrollado llamado cóclea, que es el órgano real de la audición. Pequeños pelos dentro de este tubo lleno de líquido recogen las vibraciones transmitidas desde el oído medio. Luego envían una señal al cerebro a través del nervio auditivo, y el cerebro la interpreta para hacernos escuchar sonidos.
Lo que nosotros y otros animales escuchamos:
Podemos escuchar sonidos solo dentro del rango de frecuencia de 20 Hz y 20, 000 Hz. Los sonidos de una frecuencia inferior a 20 Hz se denominan infrasónicos y los de una frecuencia superior a 20, 000 Hz se denominan ultrasonidos. Aunque podemos escuchar sonidos entre 20 Hz y 20, 000 Hz, podemos producir sonidos dentro de un rango de solo 60-13, 000 Hz.
Los rangos de sonidos producidos y escuchados por otros animales son diferentes de los producidos y escuchados por nosotros. Perros, gatos, monos y murciélagos son algunos animales que pueden escuchar ultrasonidos. Delfines, marsopas y ballenas pueden hacer y escuchar vibraciones ultrasónicas.
Se comunican entre sí a través de ladridos, silbidos y silbidos de baja frecuencia (audibles), pero encuentran su camino utilizando vibraciones ultrasónicas. El rango de sonidos producidos por un animal no siempre coincide con el rango de sonidos que puede escuchar. De hecho, algunos animales, como las serpientes, pueden emitir sonidos aunque no puedan oírlos.
Reflejo del sonido:
Al igual que la luz, el sonido también se refleja, se absorbe y se transmite a diferentes extensiones por diferentes materiales. Los materiales suaves y porosos, como la tela, el termocol, el algodón y la lana, son buenos absorbentes y malos reflectores de sonido. Las superficies duras, como los muros de hormigón y los metales, son buenos reflectores de sonido.
Ecos:
Es posible que haya escuchado ecos en largos pasillos o grandes pasillos vacíos. Los ecos son sonidos reflejados. ¿Por qué no los escuchamos todo el tiempo a pesar de que hay muchos reflectores de sonido a nuestro alrededor? Esto se debe a que podemos distinguir dos sonidos solo si hay un lapso de tiempo de un quinceavo de segundo entre ellos.
En otras palabras, podemos escuchar el eco de un sonido solo si se tarda una quinceava de segundo en golpear la superficie reflectante y volver. Como la velocidad del sonido es de 340 m / s, viaja 340 m / sx (1/15) s = 22.6 m (aproximadamente) en una quinceava parte de un segundo. Esto significa que la superficie reflectante debe estar a (22.6 + 2) m, o aproximadamente a 11.3 m de distancia. Si está más cerca que eso, el eco sigue el sonido original demasiado rápido para que podamos distinguir los dos sonidos.
Reducción de ecos:
Otra cosa ayuda a reducir los ecos en la vida cotidiana. La mayoría de las cosas que nos rodean, como la madera, la ropa y los muebles, son malos reflectores y buenos absorbentes de sonido. Si este no fuera el caso, nuestras voces se reflejarán y volverán a reflejarse desde los pisos y las paredes, lo que nos dificultará conversar.
No podríamos escuchar ecos distintos pero habría una perturbación. Cuando tenemos que ser más específicos sobre la reducción de la reflexión, como en auditorios y teatros, utilizamos materiales absorbentes especiales para cubrir las paredes y los techos.
Aplicaciones de los ecos:
1. Los ecos se utilizan para localizar objetos bajo el agua y medir la profundidad del mar. Las vibraciones son enviadas desde los barcos. El tiempo que tardan las vibraciones reflejadas en regresar nos ayuda a calcular la profundidad del objeto que refleja las vibraciones.
2. Los médicos utilizan los ecos para obtener una "imagen" de los órganos internos del cuerpo. Las vibraciones ultrasónicas reflejadas por diferentes partes de un órgano ayudan a crear una imagen del órgano. La técnica se llama ecocardiografía en el caso del corazón. El término ultrasonografía se usa generalmente en el caso de otros órganos.
3. Los murciélagos usan ecos para localizar a sus presas. Emiten vibraciones ultrasónicas y pueden juzgar la distancia de la presa desde el tiempo que tarda el eco en regresar. Las marsopas, las ballenas y las focas utilizan ecos para encontrar su camino.
