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492 Capítulo 17 Ondas sonoras
Resumen
DEFINICIONES
La intensidad de una onda sonora
periódica, que es la potencia por
cada unidad de área, es
1¢P máx 2 2
I
(17.5, 17.6)
A 2rv
El nivel sonoro de una onda sonora en decibeles es
b 10 log a I I 0
b (17.8)
La constante I 0 es una intensidad de referencia, que usualmente se considera
como el umbral de audición (1.00 10 12 W/m 2 ), e I es la intensidad de la
onda sonora en watts por metro cuadrado.
CONCEPTOS Y PRINCIPIOS
Las ondas sonoras son
longitudinales y viajan a través
de un medio comprimible con
una rapidez que depende de las
propiedades elásticas e inerciales
de dicho medio. La rapidez del
sonido en un líquido o gas que
tenga un módulo volumétrico B y
densidad es
B
v
(17.1)
r
Para ondas sonoras sinusoidales, la variación en la posición de un elemento
del medio es
s 1x, t2 s máx cos 1kx vt2 (17.2)
y la variación en presión a partir del valor de equilibrio es
¢P ¢P máx sen 1kx vt2 (17.3)
donde P máx es la amplitud de presión. La onda de presión está 90° fuera de
fase con la onda de desplazamiento. La correspondencia entre s máx y P máx es
¢P máx rvvs máx (17.4)
El cambio en la frecuencia que escucha un observador siempre que hay
movimiento relativo entre una fuente de ondas sonoras y el observador se
llama efecto Doppler. La frecuencia observada es
f ¿ a v v O
b f (17.l3)
v v S
En esta expresión, los signos para los valores sustituidos para v O y v S dependen
de la dirección de la velocidad. Un valor positivo para la velocidad del
observador o fuente se sustituye si la velocidad de uno es hacia el otro, mientras
que un valor negativo representa una velocidad de uno alejándose del otro.
En la grabación digital de
sonido, la forma de onda sonora
se muestrea 44 100 veces por
segundo. La presión de la onda
por cada muestreo se mide y
convierte en número binario. En
la reproducción estos números
binarios se leen y usan para
construir la forma de onda
original.
Preguntas
O indica pregunta complementaria.
1. O La tabla 17.1 muestra que la rapidez del sonido por lo general
tiene un orden de magnitud mayor en sólidos que en
gases. ¿A qué se puede atribuir este valor más alto? a) la diferencia
en densidad entre sólidos y gases, b) la diferencia en
compresibilidad entre sólidos y gases, c) el tamaño limitado
de un objeto sólido en comparación con un gas libre, d) la
imposibilidad de mantener un gas bajo tensión significativa.
2. Si una alarma se coloca en un buen vacío y luego se activa, no
se escucha sonido. Explique.
3. Un vigilante sónico es un dispositivo que determina la distancia
a un objeto al enviar un pulso sonoro ultrasónico y medir
el intervalo de tiempo requerido para que la onda regrese por
reflexión desde el objeto. Por lo general, estos dispositivos no
pueden detectar confiablemente un objeto que esté a menos
de un metro del sensor. ¿Por qué es esto?
4. Una amiga sentada en su automóvil, muy lejos en el camino,
agita las manos y comienza a sonar su claxon al mismo tiempo.
¿A qué distancia debe estar para que usted calcule la rapidez
del sonido a dos cifras significativas, al medir el intervalo de
tiempo requerido para que el sonido llegue hasta usted?
5. O Suponga que un cambio en la fuente de sonido reduce
la longitud de onda de una onda sonora en el aire en un
factor de 2. i) ¿Qué sucede con su frecuencia? a) Aumenta
en un factor de 4. b) Aumenta en un factor de 2. c) No