El Sonido y sus Fenómenos Ondulatorios

El Sonido

El sonido es cualquier fenómeno que involucra la propagación de ondas elásticas, generalmente a través de un fluido, debido al movimiento vibratorio de un cuerpo. Lo que el ser humano percibe como sonido consiste en oscilaciones de la presión del aire, convertidas en ondas mecánicas. La propagación del sonido implica transporte de energía, pero no de materia. Se propaga en medios elásticos: sólidos, líquidos o gaseosos, siendo los más comunes el aire y el agua.

Clasificación de las Ondas

• Según la dirección: Longitudinales (eje x) y transversales (eje y).
• Según la dimensión: Unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales.
• Según el medio: Mecánicas y electromagnéticas.

Características de las Ondas

Una onda solitaria se denomina pulso; si se repite, se llama tren de ondas. Un frente de onda es la línea o superficie formada por los puntos alcanzados por la perturbación en un mismo instante.

• Velocidad de propagación (v): Distancia que la onda avanza por unidad de tiempo.
• Longitud de onda (λ): Distancia que avanza el frente de onda en un periodo. Se expresa en metros.
• Periodo (T): Tiempo que tarda una perturbación en recorrer una longitud de onda. Se expresa en segundos.
• Frecuencia (f): Número de vibraciones por unidad de tiempo. Se mide en hercios (Hz).
• Amplitud (A): Separación máxima desde la posición de equilibrio de los puntos que oscilan. Se expresa en metros.
• Intensidad (I): Cantidad de energía que fluye por unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación, por unidad de tiempo. Se expresa como potencia por unidad de superficie: I = P/S.

Relaciones importantes: f = 1/T, λ = v·T, v = λ·f, v = λ/T.

Fenómenos Ondulatorios

Reflexión

La reflexión es el cambio de dirección de un tren de ondas al chocar con una superficie lisa sin atravesarla.

Leyes de la Reflexión:

• El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano.
• El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Refracción

La refracción es el cambio de velocidad de un tren de ondas al pasar de un medio a otro con diferente densidad.

Leyes de la Refracción:

• El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano.
• Al pasar de un medio menos denso a uno más denso, el rayo se acerca a la normal. Al pasar de un medio más denso a uno menos denso, el rayo se aleja de la normal.
• Un rayo perpendicular a la superficie no se refracta.

Difracción

La difracción ocurre cuando una onda encuentra un obstáculo o una abertura de tamaño igual o inferior a su longitud de onda.

Interferencia

La interferencia se produce cuando dos o más ondas se superponen en un mismo punto del medio. Si las ondas llegan en fase (mismo estado de perturbación), la intensidad resultante aumenta. Si llegan en oposición de fase, se anulan y la intensidad resultante es nula.