Principios de Acústica y Óptica: Del Sonido a los Instrumentos de Visión

El Sonido y sus Propiedades Físicas

Sonido: las experiencias con diapasones ponen de manifiesto que el sonido es la propagación de una vibración; que es una onda mecánica puesto que requiere de un medio material para propagarse: el sonido no se propaga en el vacío. Las vibraciones del emisor se transmiten a las partículas del medio en que se encuentra y estas las transmiten de unas a otras y a las de otros materiales con los que están en contacto.

Naturaleza del Sonido

Subjetivamente, el sonido es la sensación que experimenta el órgano del oído debido a la vibración de algún cuerpo. Objetivamente, es el movimiento ondulatorio que da lugar a dicha sensación. El oído humano puede percibir los sonidos de frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20.000 Hz:

• Las ondas sonoras con frecuencia inferior a 20 Hz se conocen como infrasonidos.
• Las ondas sonoras de frecuencia superior a 20.000 Hz se denominan ultrasonidos.

Propagación y Fenómenos Acústicos

El sonido es un movimiento ondulatorio longitudinal, puesto que la dirección de vibración y de propagación son la misma. La velocidad de propagación del sonido no depende de su mayor o menor intensidad ni de la fuente sonora, sino del medio en el que se propaga.

Cuando se emite un sonido y este se refleja en una superficie de forma que regresa de nuevo, si el oído distingue el sonido emitido del reflejado, se dice que se ha producido el eco del sonido emitido. Al superponerse el sonido reflejado con el incidente, sucede como si se alargase la duración del sonido incidente: a este fenómeno se le conoce como reverberación. El tiempo de reverberación de un local es el tiempo que requiere un sonido producido en él para que se extinga.

Instrumentos de Detección

• El sonar: es un instrumento que utilizan los barcos para detectar la profundidad a la que se encuentra el fondo marino o algún objeto que esté bajo la superficie del agua.
• El radar: equivale al sonar, pero utiliza ondas electromagnéticas (microondas).

Intensidad del Sonido y Sonoridad

La intensidad del sonido es muy pequeña en relación con otros movimientos. No existe proporcionalidad entre la intensidad y la sensación sonora subjetiva del mismo. Para que una persona aprecie que el volumen de un sonido es el doble que otro sonido, la intensidad del mismo debe ser diez veces mayor: la relación entre la intensidad de un sonido y la sensación percibida es logarítmica. La sonoridad es una magnitud adimensional que se determina mediante un aparato electrónico llamado sonómetro.

Defectos de la Visión y Óptica Humana

Principales Anomalías Visuales

• La presbicia o vista cansada: es la reducción de la capacidad de acomodación debida a la fatiga de los músculos ciliares o a la pérdida de flexibilidad del cristalino.
• El ojo miope: ve mal de lejos, pero bien de cerca debido a un exceso de convergencia (generalmente por ser más alargado de lo normal).
• El ojo hipermétrope: adolece de falta de convergencia, generalmente porque es más corto de lo normal, por lo que tiene dificultades en la visión próxima, pues en este caso la imagen se forma detrás de la retina; se corrige con lentes convergentes.
• Astigmatismo: en las personas que lo padecen, la curvatura de la córnea tiene alguna irregularidad de tal manera que de un objeto pueden obtener imágenes parciales situadas en planos diferentes, con lo que la visión no es buena (ni de lejos ni de cerca).
• El daltonismo: es un defecto de la vista que consiste en la imposibilidad de distinguir determinados colores; quienes lo padecen confunden el rojo y el verde. Está asociado a deficiencias de los conos de la retina.

Instrumentos Ópticos

• La lupa: es el más sencillo de los instrumentos ópticos; es una lente convergente de pequeña distancia focal que se interpone entre el ojo y el objeto para aumentar el tamaño de la imagen formada en la retina.
• Microscopio compuesto: está formado por dos lentes convergentes: el objetivo, la más próxima al objeto, de distancia focal pequeña, y el ocular, la más cercana al ojo, de distancia focal algo mayor.
• Telescopio: se utiliza para observar objetos muy alejados; su sistema óptico es semejante al del microscopio.
• Anteojo terrestre (Galileo): consta de una lente convergente de gran distancia focal y otra divergente de distancia focal pequeña, separadas de forma que su intervalo óptico es nulo; es decir, la distancia entre ellas es igual a la suma de sus distancias focales. La imagen del ocular es virtual, derecha y aumentada.