TEMAS DE FÍSICA
CONTENIDO
CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO
-INTENSIDAD
-TONO: GRAVE Y AGUDO
-TIMBRE
-EL OÍDO Y LA AUDICIÓN
-TRANSMISIÓN DEL SONIDO
-DETECCIÓN Y VELOCIDAD DEL SONIDO

EQUIPO 7
INTEGRANTES:
ACEVEDO AGUILAR ISRAEL
CAÑEDO MARTÍNEZ JOVITA NALLELY
GARCÍA HERNANDEZ ALGO
HERNANDEZ CRUZ DANIEL

Características del Sonido
Desde un punto de vista físico el sonido es una vibración que se propaga en un medio elastico. Para que se produzca sonido se requiere la existencia de un cuerpo vibrante, denominado foco (cuerda tensa, varilla, una lengüeta) y de un medio elastico que transmita esas vibraciones (sólidos, líquidos y gases), que se propagan por él constituyendo lo que se denomina onda sonora.

Tenemos costumbre de distinguir entre sonidos y ruidos. Los primeros son aquellos que nos producen sensación agradable, bien porque son sonidos musicales o porque son como las sílabas que forman las palabras, si se obtienen graficas de registro de las vibraciones de sus ondas se observa que, en general, los sonidos musicales poseen ondas casi sinusoidales, aunque alteradas a veces apreciablemente por la presencia de sus armónicos. Por otro lado los ruidos presentan, de ordinario, graficas carentes de periodicidad y es precisamente esta peculiaridad lo que produce que la sensación cerebral resulte desagradable o molesta.
Las Características principales del Sonido son
Intensidad, Altura o Tono (grave y agudo) y Timbre.Intensidad: Distingue un sonido fuerte de uno débil. (Depende de la amplitud)
Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido, es decir, lo fuerte o suave de un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez esta determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil.
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 sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB).
La distancia a la que se puede oír un sonido depende de la Intensidad. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido sera nueve veces mas intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras.

Altura o Tono: Distingue a un sonido agudo (tono alto) de un sonido grave (tono bajo). (Depende de la frecuencia)
Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono. 
Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes un de ellos sera siempre mas agudo que el otro y a la inversa. 
Para que los humanos podamospercibir un sonido, éste debe estar comprendido entre el rango de audición de 16 y 20.000 Hz. Por debajo de este rango tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos. A esto se le denomina rango de frecuencia audible. Cuanta mas edad se tiene, este rango va reduciéndose tanto en graves como en agudos.
La altura viene producida por el número de vibraciones por segundo (frecuencia), así a mayor número de vibraciones por segundo mas agudo es el sonido, y a menor número de vibraciones mas grave es el sonido. Factores del Tono:
    El tamaño: cuanto mas grande sea un instrumento mas grave sera el sonido que produzca, cuanto mas pequeño mas agudo sera el sonido.
    La longitud: cuanto mas larga sea una cuerda mas grave es el sonido, cuanto mas corta mas agudo, por eso hay instrumentos que tienen cuerdas de diferente longitud. También cuanto mas largo sea el tubo de un instrumento de viento, mas grave sera su sonido y cuanto mas corto mas agudo.
    La tensión: cuanto mas tensa esté una cuerda, mas agudo es el sonido y cuanto menos tensa, mas grave.
    La presión: a mayor presión del aire mas agudo sera el sonido y viceversa.

Timbre: Distingue dos sonidos de la misma intensidad y tono, pero producido por distintas fuentes. (Depende de la forma de onda).
Si el tono permite diferenciar unos sonidos de otros por su frecuencia, y la intensidad, los sonidos fuertes de los débiles, el timbre completa las posibilidades de variedades del sonidodesde el punto de vista acústico, porque es la cualidad que permite distinguir los sonidos producidos por los diferentes instrumentos. Esta cualidad físicamente se llama forma de onda.
Los sonidos que escuchamos son complejos, es decir, estan compuestos por varias ondas simultaneas, pero que nosotros percibimos como uno. El timbre de los distintos instrumentos se compone de un sonido fundamental, que es el que predomina (siendo su frecuencia la que determina la altura del sonido), mas toda una serie de sonidos que se conocen con el nombre de armónicos. 
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. Se define como la calidad del sonido. Cada cuerpo sonoro vibra de una forma distinta. Las diferencias se dan no solamente por la naturaleza del cuerpo sonoro (madera, metal, piel tensada, etc.), sino también por la manera de hacerlo sonar (golpear, frotar, rascar).

El Oído y la Audición
El oído conforma los órganos de equilibrio y audición. También se le denomina órgano vestibulococlear dentro del estudio de la medicina.
Es un órgano que se encuentra muy desarrollado, principalmente en mamíferos inferiores terrestres y acuaticos, tal es el caso de los félidos y los grandes cetaceos en donde, gracias a su evolución fisioanatómica, se han híper-desarrollado mecanorreceptocitos especializados en destacar el sentido deequilibrio y audición en perfecta armonía. En el caso del ser humano esta evolución no esta tan desarrollada.
En conjunto el estudio histoanatómico del oído se divide en tres partes, oído externo, oído medio y oído interno.
El pabellón auricular esta en una base de cartílago elastico recubierto por piel blanda, dicha piel posee abundantes glandulas sebaceas, denominadas como vellosidad del trago, y en su parte medial posee en la arquitectura ósea. Fibras de músculo estriado que se comunican con el conducto auditivo externo, dandole firmeza y apoyo; así como cierta capacidad de movimientos en el ser humano. En el oído animal se puede apreciar dentro del estudio del órgano vestibulococlear de los mamíferos terrestres a los músculos extrínsecos de la oreja.
El conducto auditivo exterior se extiende desde dicho pabellón hacia el tímpano. Dicho meato o conducto mide en un promedio de alrededor de 3.5 cm de largo en el ser humano, y puede medir hasta 7 cm en otros mamíferos. Esta compuesto de cartílago elastico, tejido óseo y piel blanda. También se presentan vellosidades del trago que son ciertamente mas abundantes en sujetos masculinos. Justo en la piel se localizan glandulas ceruminosas, que son una especie de glandulas sudoríparas apocrinas, siendo las responsables de la producción de cerumen, que tiene por funciones proteger a la cavidad ótica de agentes extraños, como el polvo, agentes parasitos, agentes virulentos y de ciertos agentes bacterianos; yevitar la maceración de la piel blanda de dicho meato o conducto. El oído medio ayuda al equilibrio de la misma.
Se aprecian dentro de su arquitectura anatómica: la cavidad timpanica, la membrana timpanica, los osteocillos óticos (huesecillos del oído), senos y celdas mastoideos, así como la tuba faríngea o faringotimpanica (antes denominada Trompa de Eustaquio).
 

Proceso de la audición humana
Mas alla de las ondas sonoras (física del sonido), el proceso de la audición humana implica procesos fisiológicos, derivados de la estimulación de los órganos de la audición, y procesos psicológicos, derivados del acto consciente de escuchar un sonido.
Divisiones del sistema auditivo
Podemos dividir el sistema auditivo en dos partes:
* Sistema auditivo periférico (el oído), responsable de los procesos fisiológicos que captan el sonido y lo envía al cerebelo.
* Sistema auditivo central (nervios auditivos y cerebro), responsable de los movimientos psicológicos que conforman lo que se conoce como percepción sonora.

Transmisión del Sonido
El sonido es un fenómeno físico que estimula el sentido del oído. Esta formado por ondas que se propagan a través de un medio, que puede ser sólido, líquido o gaseoso.
Un sonido se produce por todo aquello que sea capaz de producir ondas que estimulen al oído. Las ondas a las que llamamos sonoras son las que pueden estimular al oído y al cerebro humano. Estas ondas se miden en Hercios (Hz), una unidad defrecuencia que corresponde al número de ondas que caben en un tiempo determinado (un segundo normalmente). La onda se propaga gracias a la compresión y a la expansión del medio por el que se propaga. Estas variaciones de presión son las que alcanzan el oído humano y provocan en el tímpano vibraciones de idéntica frecuencia, originando, a través del cerebro, una sensación sonora. Pero no todas las ondas pueden ser recogidas por el oído humano, tan sólo las que se encuentran aproximadamente entre 20 Hz y cerca de 20.000 Hz. Las ondas de sonido inferiores al límite audible se llaman infra sónicas y las superiores ultrasónicas.
Pero no todos los animales tienen los mismos límites audibles, por ejemplo los perros son sensibles a frecuencias de hasta 30.000 Hz y los murciélagos a frecuencias de hasta 100.000 Hz.
El sonido se transmite por medio de ondas, que viajan a través de los diferentes medios (siempre medios mecanicos, nunca a través del vacío).

Propagación por los diferentes medios.
Las ondas de sonido, son ondas longitudinales; es decir, son ondas que se pueden propagar por cualquier medio, sólido o fluido. En esta tabla se pueden ver las diferentes velocidades de propagación del sonido.
Velocidad del sonido en distintos medios (a 20º C) |
Sustancia | Densidad (kg · m-3) | Velocidad (m · s-1) |
AireEtanolBencenoAguaAluminioCobreVidrioHierro | 1 | 3441.2001.3001.4985.0003.7505.1705.120 |
El sonido setransmite por las partículas que forman un medio. A una partícula se le da una energía que le hace vibrar. Esta partícula transmite su vibración a las partículas que le rodean, transmitiendo así la energía que le han proporcionado.
Es por esto que los diferentes sonidos dependen de los diferentes materiales por los que se muevan. No sera lo mismo propagar sonido por el aire, donde las partículas estan mas sueltas y es mas difícil de transmitirse, que propagar sonido por el hierro, que al ser un sólido estan las partículas muy unidas y se puede transmitir rapidamente el sonido. Generalmente, el sonido se mueve a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases.

Detección y Velocidad del Sonido
La audición es la percepción de las ondas sonoras que se propagan por el espacio. Estas ondas son captadas, en primer lugar, por nuestras orejas, que las transmiten por los conductos auditivos externos hasta que chocan con el tímpano, haciéndolo vibrar. Estas vibraciones generan movimientos oscilantes en la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo), los que son conducidos hasta el perilinfa del caracol. Aquí las ondas mueven los cilios de las células nerviosas del Órgano de Corti que, a su vez, estimulan las terminaciones nerviosas del nervio auditivo. O sea, en el Órgano de Corti las vibraciones se transforman en impulsos nerviosos, los que son conducidos, finalmente, a la corteza cerebral, en donde se interpretan comosensaciones auditivas.

Velocidad del Sonido
Cuando se produce un sonido, en realidad no lo oyes inmediatamente, ya que tarda unos instantes en llegar a tus oídos. Posiblemente esto sea un poco difícil de aceptar si se consideran solo los sonidos que se perciben en el salón de clases o en el hogar, es decir, los que se producen cerca de nosotros y que pueden hacernos pensar que la velocidad del sonido es instantanea. Pero cuando observamos el relampago de un rayo producido a una distancia lejana, notamos que el sonido tarda en ser escuchado.
En general, la velocidad a la cual se propaga el sonido a través de un medio depende de la elasticidad de este. En un material altamente elastico, las fuerzas de restitución de los atomos o de las moléculas causan que una perturbación se propague con mas rapidez. Así, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en este superior que en los gases.
La velocidad del sonido también depende de la temperatura del medio. A medida que aumenta la temperatura, también se incrementa la agitación térmica de las moléculas. Como resultado, una perturbación se propaga con mayor rapidez. Así, la velocidad del sonido en el aire crece con el aumento de temperatura.
Velocidad del sonido en el aire en km/h = (343 m / 1 s) · (3600 s / 1 h) · (1 km / 1000 m) = 1.234,8 km/h.
* En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonidoaumenta en 0,6 m/s.
* En el agua (a 25 °C) es de 1.493 m/s.
* En la madera es de 3.900 m/s.
* En el hormigón es de 4.000 m/s.
* En el acero es de 5.100 m/s.
* En el aluminio es de 6.400 m/s.

Velocidad del sonido en los gases
En los gases la ecuación de la velocidad del sonido es la siguiente

Siendo γ el coeficiente de dilatación adiabatica, R la constante universal de los gases, T la temperatura en kelvin  y M la masa molar del gas. Los valores típicos para la atmósfera estandar a nivel del mar son los siguientes
γ = 1,4
R = 8,314 J/mol*K = 8,314 kg·m2/mol·K·s2
T = 293,15 K (20 °C)
M = 0,029 kg/mol para el aire

Velocidad del sonido en los sólidos
En sólidos la velocidad del sonido esta dada por:

Donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad.
Velocidad del sonido en los líquidos
La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).

Tabla de densidades (25°C)

Sólidos | g/cm3 | kg/m3 |
Aluminio | 2,7 | 2.700 |
Corcho | 0,25 | 250 |
Cobre | 8,96 | 8.960 |
Hielo | 0,92 | 920 |
Hierro | 7,9 | 7.900 |
Madera | 0,2-0,8 | 200-800 |
Plomo | 11,3 | 11.300 |
Vidrio | 3,0-3,6 | 3.000-3.600 |
Líquidos | g/cm3 | kg/m3 |
Acetona | 0,79 | 790 |
Aceite | 0,92 | 920 |
Agua de mar | 1.025 | 1.025 |
Agua destilada | 1 | 1.000 |
Alcohol etílico | 0,79 | 790 |
Gasolina | 0,68 | 680 |
Leche | 1,03 | 1.030 |
Mercurio | 13,6 | 13.600 |