Fundamentos de Energía y Sonido: Propiedades, Transferencia y Características de las Ondas Sonoras

Energía

Definición de energía: La capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Unidad: joule (J)

Tipos de energía

• Energía mecánica: Relacionada con la posición y el movimiento de los cuerpos, incluye la energía cinética y potencial. Fórmula: Em = Ep + Ec
• Energía interna: Asociada a la temperatura de un cuerpo.
• Energía eléctrica: Generada por la diferencia de potencial entre dos puntos conectados por un conductor.
• Energía térmica: Energía que pasa de un cuerpo caliente a uno más frío.
• Energía electromagnética: Energía de las ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz.
• Energía química: Producida por reacciones químicas, como en el carbón o las baterías.
• Energía nuclear: Liberada por la fisión o fusión de átomos.

Propiedades de la energía

• Se transforma, no se crea ni se destruye.
• Se conserva en cualquier proceso.
• Se transfiere de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.
• Se degrada en forma de calor o ruido.

Transferencia de energía

• Trabajo: Se transfiere energía a un cuerpo para cambiar su posición.
• Ondas: Propagación de perturbaciones como el campo eléctrico o la presión.
• Calor: Energía que se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío a través de conducción, radiación o convección.

El Sonido: Naturaleza, Magnitudes y Fundamentos

El sonido es una vibración mecánica que se desplaza a través de un medio elástico, como el aire, y produce una sensación auditiva.

Características de las ondas sonoras

• Velocidad del sonido: 340 m/s.
• Frecuencia: Medida en hercios (Hz), define el tono del sonido.
• Longitud de onda: Relación entre velocidad y frecuencia.

Magnitudes del sonido

• Valor instantáneo: Valor de la señal en cada instante de tiempo.
• Valor máximo: Máximo valor de la señal en un periodo.
• Valor eficaz: Valor promedio de una señal sinusoidal.
• Valor medio: Media aritmética de los valores instantáneos en un semiperiodo.

Ondas longitudinales y transversales

• Ondas longitudinales: Son aquellas en las que las partículas vibran en la misma dirección de propagación (como el sonido en el aire).
• Ondas transversales: Son aquellas en las que las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación.

Espectro sonoro

• Tono puro: Un solo tono definido por su frecuencia.
• Escala musical: Conjunto de notas musicales organizadas según sus frecuencias.

Conceptos Adicionales (Preguntas y Respuestas)

Espectro audible: 20 Hz - 20 kHz

La velocidad a la que se propagan las ondas sonoras depende de las características del medio, con la condición esencial de que debe ser algo elástico. ¿En qué estado viaja más rápido una onda? Sólido (ej., hierro).

Una onda tarda en llegar a nuestro oído 4 segundos y se desplaza a 340 m/s. ¿A qué distancia está la fuente? 1360 metros.

Ondas longitudinales: Son vibraciones realizadas a lo largo de la misma dirección en que se propaga el movimiento de las ondas.

Ondas esféricas: Se producen cuando la fuente emisora de sonido emite en todas direcciones en un medio homogéneo y a igual velocidad. (Verdadero)

Intensidad sonora: Mayor amplitud = Sonido más fuerte.

El espectro NO es la representación de cada una de las componentes frecuenciales que forman un átomo.

La duración de un sonido queda determinada por el tiempo de vibración de la fuente sonora. (Verdadero)

El decibelio (dB) es una relación logarítmica entre una cantidad y otra de referencia.

Cuanto mayor sea la potencia sonora de la fuente, mayor será la intensidad sonora percibida por un oyente. (Verdadero)

La intensidad sonora es la energía acústica que atraviesa una superficie por unidad de tiempo (W/m²). (Verdadero)

Si consideramos una fuente puntual que emite por igual en todas direcciones con una potencia W, la intensidad del sonido a una distancia d es: I = W/S (donde S es la superficie).

Una fuente puntual irradia uniformemente una potencia acústica de 50 W. A una distancia de 2 metros, la intensidad del sonido es: 0,99 W/m² (aproximadamente).

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio. (Verdadero)

Nivel de potencia sonora: Permite evaluar la potencia sonora utilizando como unidad de medida el decibelio (dB).