Sonido
Intensidad del sonido
La intensidad del sonido se refiere a la cantidad de energía que una onda sonora transporta por unidad de área y se mide en watts por metro cuadrado (). En términos sencillos, la intensidad es cuánta energía tiene el sonido, lo cual está relacionado con cuán fuerte lo escuchamos. La ecuación para la intensidad es:
Donde:
• I es la intensidad del sonido.
• P es la potencia de la fuente sonora en watts.
• A es el área esférica a través de la cual se propaga el sonido.
La unidad de medida de la potencia es el vatio por metro cuadrado:
Nivel de Intensidad del Sonido
El nivel de intensidad del sonido es una medida logarítmica de la intensidad del sonido en comparación con una referencia y se mide en decibelios (dB). La ecuación que relaciona la intensidad con el nivel de intensidad es:
Donde:
• β es el nivel de intensidad en decibelios.
• I es la intensidad del sonido.
• I0 es el umbral de audición o intensidad de referencia. Es aproximadamente 10-12W/m2
¿Qué es el Efecto Doppler?
El Efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de una onda (ya sea sonora o luminosa) debido al movimiento relativo entre la fuente que emite la onda y el observador que la recibe. En términos más simples, es por eso que el tono de una sirena parece cambiar cuando pasa junto a nosotros.
El Efecto Doppler en el Sonido
Imagina que estás parado en una acera y escuchas una ambulancia acercándose. A medida que se aproxima, el sonido de la sirena parece más agudo (frecuencia más alta). Una vez que pasa y se aleja, el sonido se vuelve más grave (frecuencia más baja).
La frecuencia percibida (dB) del sonido se puede calcular usando la siguiente ecuación:
Antes de continuar con la definición formal del efecto Doppler, es necesario realizar la siguiente actividad para comprender la fenomenología de este concepto tan importate.
Actividad N°1
Aprendizajes:
• Reconocer como cambia la frecuencia percibida por el receptor cuando la fuente y el receptor se mueven o uno de ellos está quieto.
Ingresa a la siguiente aplicación y sigue las instrucciones:
Fuente y receptor alejandose
Ubica el cursor en el desplegable que lleva por título Escenario, elige la primera opción, haz clic en el botón Mostrar conteo de frentes de onda, luego dirigite al deslizador de la Frecuencia y desplázalo un poco hacia la derecha, teniendo cuidado de no elegir un valor muy grande para apreciar con mayor facilidad el fenómeno a estudiar. Teniendo clara la instrucción anterior, utiliza un cronometro y resuelve los siguientes interrogantes:
1. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor al cabo de 10s, 20s, 30s y 40s?
2. Considerando el resultado anterior, ¿Cuál es la correlación que existe entre el número de frentes de onda y el tiempo?
3. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor en una hora?
4. Formule una expresión matemática que modele la correlación entre el número de frentes de onda y el tiempo.
Configura el panel de control de acuerdo a las instrucciones dadas anteriormente y ahora desplaza un poco los deslizadores de velocidad de la fuente y del receptor, y luego resuelve las siguientes preguntas:
5. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor al cabo de 10 s?
6. En comparación con el numeral número uno, ¿qué puede concluirse sobre el número de frentes de onda que pasan por el receptor cuando la fuente y el receptor se alejan?
7. ¿Qué puede concluirse sobre la frecuencia que percibe el receptor en estas condiciones?
8. Ubique el cursor sobre el deslizador de la frecuencia y asigne un valor considerable, luego mueva el deslizador de la velocidad de la fuente y el receptor tomando cada vez valores mayores en cada intento y observe cuidadosamente los frentes de onda. ¿Qué pude concluir sobre la longitud de onda cuando la fuente se aleja y cómo esto afecta lo que percibe el receptor?
Fuente y receptor acercándose
Configura el panel de control de acuerdo a las instrucciones dadas en el inicio y ahora desplaza un poco los deslizadores de velocidad de la fuente y del receptor, y luego resuelve las siguientes preguntas:
9. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor al cabo de 10 s?
10. En comparación con el numeral número uno, ¿qué puede concluirse sobre el número de frentes de onda que pasan por el receptor cuando la fuente y el receptor se acercan?
11. ¿Qué puede concluirse sobre la frecuencia que percibe el receptor en estas condiciones?
12. Ubique el cursor sobre el deslizador de la frecuencia y asigne un valor considerable, luego mueva el deslizador de la velocidad de la fuente y el receptor tomando cada vez valores mayores en cada intento y observe cuidadosamente los frentes de onda. ¿Qué pude concluir sobre la longitud de onda cuando la fuente se acerca y cómo esto afecta lo que percibe el receptor?
Fuente estática y receptor acercándose
Configura el panel de control de acuerdo a las instrucciones dadas en el inicio y ahora desplaza un poco el deslizador de velocidad del receptor, y luego resuelve las siguientes preguntas:
13. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor al cabo de 10 s?
10. En comparación con el numeral número uno, ¿qué puede concluirse sobre el número de frentes de onda que pasan por el receptor cuando la fuente está en reposo y el receptor se acerca?
14. ¿Qué puede concluirse sobre la frecuencia que percibe el receptor en estas condiciones?
15. Ubique el cursor sobre el deslizador de la frecuencia y asigne un valor considerable, luego mueva el deslizador de la velocidad del receptor tomando cada vez valores mayores en cada intento y observe cuidadosamente los frentes de onda. ¿Qué pude concluir sobre la longitud de onda cuando el receptor se acerca y cómo esto afecta lo que él percibe?
Fuente estática y receptor alejándose
Configura el panel de control de acuerdo a las instrucciones dadas en el inicio y ahora desplaza un poco el deslizador de velocidad del receptor, y luego resuelve las siguientes preguntas:
16. ¿Cuántos frentes de onda pasan por el receptor al cabo de 10 s?
17. En comparación con el numeral número uno y el quince, ¿qué puede concluirse sobre el número de frentes de onda que pasan por el receptor cuando la fuente está en reposo y el receptor se aleja?
18. ¿Qué puede concluirse sobre la frecuencia que percibe el receptor en estas condiciones?
19. Ubique el cursor sobre el deslizador de la frecuencia y asigne un valor considerable, luego mueva el deslizador de la velocidad del receptor tomando cada vez valores mayores en cada intento y observe cuidadosamente los frentes de onda. ¿Qué pude concluir sobre la longitud de onda cuando el receptor se aleja y cómo esto afecta lo que él percibe?
17. Considerando lo aprendido hasta el momento y la experiencia adquirida en el uso de la aplicación, construya una lista de conclusiones sobre los hallazgos encontrados y aquellos que descubirá al estudiar los escenarios cinco y seis.
Actividad N°2
Aprendizajes:
• Reconocer como cambia la frecuencia percibida por el receptor cuando la fuente y el receptor se mueven o uno de ellos está quieto.
Utiliza la experiencia adquirida en el uso de la aplicación y lo aprendido sobre el efecto Doppler en el sonido, para construir una lista de conclusiones que caractericen lo que percibe el receptor en cada uno de los seis escenario. Importante considerar tambíen, la frecuencia de la luz y la longitud de onda.