Moviment vibratori i ondulatori: ones, so i característiques

Moviment vibratori i ondulatori

El moviment vibratori: un cos realitza un moviment vibratori quan es mou al voltant d’una posició d’equilibri (noi en un gronxador).

El moviment ondulatori i les ones: Una ona o moviment ondulatori és la propagació d'un moviment vibratori a través d’un medi. Mitjançant una ona no hi ha transport de matèria, però sí que hi ha transmissió d’energia.

El moviment vibratori d’una partícula comunica energia a la partícula veïna que al seu torn comença a vibrar i comunica l’energia a la partícula més propera i així successivament.

La propagació d’aquest moviment origina una ona o moviment ondulatori. Quan aquest s’acaba, totes les partícules recuperen la seva posició d’equilibri.

Classificació de les ones:

Segons la direcció de propagació:

• Longitudinals: les partícules vibren en la mateixa direcció de propagació de l’ona.
• Transversals: les partícules vibren perpendicularment a la direcció de propagació de l’ona.

Segons el medi de propagació:

• Mecàniques: són aquelles que només es propaguen en medis materials.
• Electromagnètiques: aquelles que es propaguen pel buit, és a dir, per qualsevol medi.

Característiques de les ones:

• Amplitud (A): desplaçament màxim respecte la posició d’equilibri, que també és la més profunda (m).
• Longitud d’ona (λ): distància entre 2 punts del medi que es troben en el mateix estat de vibració (m). v = Δx / t = λ / T = λ x 1 / T = λ x f → aïllar.
• Període (T): és el temps que triga a produir-se una oscil·lació completa d’una partícula o el temps que triga l’ona a avançar una longitud d’ona (s). T = 1 / f
• Freqüència (f): és el nombre d’oscil·lacions completes que es produeixen en un segon (Hz o s-1, 1Hz és 1s-1). És la magnitud inversa al període f = 1 / T
• Velocitat de propagació: és la distància que avança l’ona per unitat de temps. v = Δx / t = λ / T = λ x 1 / T = λ x f → aïllar.

Les magnituds no són constants a causa de les vibracions causades pel medi, que fan que l’ona s'esmorteixi (cada cop es fan més petites).

La velocitat i la longitud varien a causa del medi material → sonores en l’aigua (més propagació i rapidesa) i augmenten la seva longitud d’ona en passar de medi sòlid a líquid.

El so:

És una forma d’energia originada per la vibració d’un cos que es transmet per mitjà d’ones mecàniques longitudinals.

Són mecàniques, ja que necessita un medi natural per propagar-se, i longitudinal. És la sensació que perceben els òrgans auditius dels animals, provocat per la vibració d’algun objecte que propaga una ona en forma de sonoritat. S’avança en totes direccions a partir d’un moviment vibratori. El lloc on comença la vibració s’anomena focus emissor.

La velocitat i propagació del so:

Depèn de les característiques del medi:

• Més velocitat en els sòlids que en els líquids, i aquests que en els gasos. Ja que al tenir les partícules més a prop el moviment vibratori es transmet més ràpid.
• Més velocitat si hi ha més temperatura (més temperatura, més velocitat) ja que les partícules es mouen més de pressa a mesura que aquesta augmenta. En els sòlids i en líquids l’augment no és molt gran, cosa que no passa en els gasos, ja que augmenta la possibilitat de xoc entre les partícules.
• La velocitat del so en un material homogeni és constant.

Característiques del so:

• El to: permet distingir entre els greus i els aguts. Està relacionat amb la freqüència (a més f, més agut i viceversa).
  • Infrasons: inferiors a 20 Hz, ultrasons: 20000 Hz (20-20000 Hz oïda humana).
• Intensitat: permet distingir entre sons forts i febles. Relacionada amb l’amplitud (més A, més fort, i viceversa), es mesura en dB.
• Timbre: relacionat amb la forma de l’ona sonora. No totes són iguals: una ona està formada per una ona principal, a la que se li sumen harmònics. Aquesta suma d’ones configuren un so únic i característic per a cada cosa... Ens permet distingir entre sons de la mateixa intensitat i so.

Fenòmens sonors:

• Reflexió: quan una ona xoca amb un obstacle i es reflecteix, la direcció d’aquesta depèn del focus emissor i de l’obstacle. Perquè es produeixi eco, es necessita una distància mínima de 17m, fent que el temps mínim que trigarà l’ona a rebotar serà de 0.1s. Si no 17m → reverberació. 340 = 2d / t → eco
• Refracció: canvi de velocitat i direcció que experimenten les ones sonores quan canvia el medi de propagació.
• Ressonància: tots els cossos tenen freqüència natural, que és la f a què pot vibrar un cos de forma natural. Si l’ona sonora que arriba a tindre un cos té la mateixa f que la seva pròpia: entra en ressonància: mateixa f però amb amplitud màxima.

Aplicacions de les ones sonores:

• Per mesurar distàncies: El sonar calcula les distàncies mesurant el temps que tarda en anar i en tornar un ultrasò emès després de xocar amb un obstacle (fórmula eco) (Reflexió).
• Medicina: L’ecografia és una tècnica de diagnòstic mèdica que consisteix a enviar ultrasons a diverses parts del cos i l’eco que produeix és analitzat per un ordinador i transformat en imatge (reflexió).
• Indústria: Els ultrasons d’alta intensitat eliminen bacteris i altres microorganismes. S'empren per netejar material quirúrgic o de laboratori, també joies, sensors de càmeres (per no fer malbé les delicades superfícies).