Ondas y sonido: propiedades, clasificación y características fundamentales

Sonido

Sonido: onda longitudinal y mecánica. La vibración se propaga en el aire haciendo un movimiento longitudinal.

Su velocidad depende del medio en que se propaga (compresibilidad y densidad). Es independiente de la frecuencia y de la longitud de onda en un medio uniforme.

Intensidad (I)

- Intensidad (I): Distingue cuando el sonido es fuerte o débil (energía que transporta la onda). Se usa un sonómetro para medirla. Mayor volumen → mayor intensidad.

Existen dos tipos de intensidad: intensidad física o energética e intensidad fisiológica o nivel sonoro.

Se mide en watts por metro cuadrado. Es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda sonora: sonidos fuertes = ondas con mayor amplitud; sonidos débiles = menor amplitud.

Tono (Hz)

- Tono (Hz): Distingue cuando un tono es más grave (baja frecuencia) o agudo (frecuencia alta). Ejemplo: diapasón. Depende de la frecuencia de la onda sonora.

Altos → sonido agudo → mayor frecuencia → poca longitud de onda. Bajos → sonido grave → menor frecuencia → mayor longitud de onda.

Timbre

- Timbre: Diferencia dos o más sonidos de igual altura e intensidad. Depende de la forma, tamaño y naturaleza del cuerpo sonoro.

Rango de audibilidad

- Rango de audibilidad:

• Infrasonido: menos de 20 Hz (erupciones, olas, elefantes, ballenas). Menos conocidos; son las primeras ondas emitidas por sismos. Al desarrollar sistemas que lo detecten, se pueden caracterizar y predecir fenómenos.
• Sonido audible: 20–20 000 Hz.
• Ultrasonido: sobre 20 000 Hz (murciélagos: ecolocalización; delfines). En medicina: ecografía y tratamientos médicos (destrucción y reparación de tejidos). En sonar: estudio del fondo oceánico, detección de submarinos. En industria: sistemas de limpieza. También es un medio de comunicación entre algunos animales.

Umbral de dolor: ≈ 120 dB.

Propiedades

• Reflexión

  Ocurre cuando una onda choca contra un obstáculo y se devuelve.

  Reverberación: Es una ligera prolongación del sonido una vez que se ha extinguido el original, debido a las ondas reflejadas.

  Eco: Ocurre cuando la onda se refleja en una superficie y regresa; para que se perciba como eco, la superficie debe estar a una distancia mínima (aprox. 17 m del foco, considerando la velocidad del sonido y el tiempo mínimo perceptible entre sonido directo y reflejado). La reflexión cambia la dirección, pero las constantes del medio (velocidad de propagación, tiempo, longitud de onda, frecuencia) permanecen coherentes con las condiciones de reflexión.

• Refracción

  Ocurre cuando la onda cambia de medio. La onda cambia su velocidad, su longitud de onda y su dirección, pero no su frecuencia ni su período.

• Difracción

  La onda sufre una deformación al pasar cerca de un obstáculo; el borde con el que choca se comporta como una fuente secundaria de la onda. Principalmente varía la dirección de propagación. Se conservan parámetros como la velocidad de propagación, la frecuencia, el período y la longitud de onda.

• Transmisión

  Depende de la capacidad de una onda para propagarse a través de un medio, por ejemplo en un organismo vivo.

• Absorción

  Pérdida de energía → menor amplitud → se escuchará con menos volumen, ya que la energía es absorbida por el medio y se transforma en calor. Esto ocurre al realizar un sonido en presencia de materiales blandos, como almohadas.

Ondas

- Vibración: Movimiento de ida y vuelta alrededor de un punto de equilibrio (arriba, abajo).

- Onda: Perturbación que se propaga en el tiempo y en el espacio. Transmite energía pero no materia (solo vibra la materia).

Oscilación armónica: movimiento oscilatorio periódico (onda regular, misma altura, etc.).

Clasificación

Según su naturaleza

• Onda mecánica: requiere un medio material elástico para propagarse (por ejemplo, olas sobre el mar).
• Onda electromagnética: no requiere un medio material.

Según la dirección de oscilación

• Ondas transversales: oscilaciones perpendiculares a la dirección de propagación (por ejemplo, ondas en una cuerda, luz).
• Ondas longitudinales: oscilaciones paralelas a la dirección de propagación (por ejemplo, sonido en el aire; ejemplo visual: un resorte compressión-extensión).

Según el sentido de propagación

• Onda viajera: se propaga sin cambiar de sentido esencialmente.
• Onda estacionaria: se produce en un medio limitado por reflexión; aparecen nodos (puntos de mínima amplitud) y antinodos (puntos de máxima amplitud).

Según la dirección de propagación

• Unidimensionales: se propagan en una sola dirección (cuerda o resorte).
• Bidimensionales: se propagan en dos direcciones (olas en la superficie del agua).
• Tridimensionales: se propagan en tres direcciones (sonido, luz).

Elementos espaciales

• Elongación: distancia entre cualquier punto de la onda y su posición de equilibrio.
• Amplitud (A): máxima altura de la onda.
• Longitud de onda (λ): distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. En ondas transversales, la longitud de onda corresponde a la distancia entre dos montes o valles; en ondas longitudinales, a la distancia entre dos compresiones contiguas.

Elementos temporales

• Período (T): tiempo que tarda en efectuarse una oscilación o vibración completa. Se mide en segundos por ciclo y se representa con la letra T mayúscula.
• Frecuencia (f): número de ondas producidas por segundo. Se indica con la letra f minúscula. Se mide en ciclos por segundo o hertz (Hz).