El Sonido: Origen, Características y Fenómenos
(Física — 1° Medio · Guía N°2)
Ezequiel Saldivia
Escuela Particular 95 Alemana
Camilo Henríquez 125 - Paillaco
Fono: 63-421765 – Región De Los Ríos
Nombre:
Curso:
Fecha:
Pje. ideal: 58
Pje. Obtenido:
Nivel de exigencia: 60%
Contenidos: Origen y propagación del sonido, características (tono, intensidad, timbre), fuentes sonoras, ondas estacionarias, fenómenos sonoros (reflexión, refracción, absorción, difracción, interferencia, pulsación) y rapidez del sonido.
Capacidades: Comprensión, Análisis, Aplicación del modelo ondulatorio.
Destrezas: Identificar, Describir, Explicar, Relacionar.
| Ítem | Descripción | N° preguntas | Pts c/u | Total | Obtenido |
|---|---|---|---|---|---|
| I | Completación de párrafos | 2 párrafos | — | 10 pts | |
| II | Selección múltiple | 6 preguntas | 3 pts | 18 pts | |
| III | Verdadero y Falso | 6 afirmaciones | 2 pts | 12 pts | |
| IV | Análisis y desarrollo | 3 preguntas | — | 18 pts | |
| TOTAL | 58 pts | ||||
¿Qué es el sonido y cómo se origina?
Cuando alguien toca una guitarra, las cuerdas vibran y esa vibración se transmite al aire que las rodea. El aire se comprime y se expande en forma de ondas, igual que los círculos que se forman en el agua al tirar una piedra. Esas ondas llegan a tu oído y tus tímpanos vibran: eso es lo que percibes como sonido.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se origina cuando un objeto vibra (fuente emisora), se transmite a través de un medio material (sólido, líquido o gas) y llega a un receptor que también vibra (por ejemplo, el tímpano del oído).
Condición fundamental: El sonido necesita un medio material para propagarse. En el vacío no hay sonido porque no hay partículas que transmitan la vibración. Por eso, en el espacio exterior no se escucharía ninguna explosión.
Fuente emisora
Es el objeto que vibra y origina el sonido. Ejemplos: cuerdas de guitarra, cuerdas vocales, membrana de un parlante, diapasón.
Fuente receptora
Es el objeto que recibe las ondas y vibra al captar el sonido. Ejemplos: tímpano del oído, micrófono, membrana de un altavoz.
Rapidez del sonido: La velocidad a la que se propaga el sonido depende del medio. En general, es más rápido en sólidos que en líquidos, y más rápido en líquidos que en gases.
Tabla 1: Rapidez del sonido en distintos medios
| Medio | Rapidez aproximada | ¿Por qué? |
|---|---|---|
| Aire (20 °C) | 343 m/s | Las partículas están separadas, la vibración se transmite lentamente. |
| Agua | 1.480 m/s | Las partículas están más juntas, transmiten la vibración mejor. |
| Acero | 5.000 m/s | Las partículas están muy unidas; la vibración se transmite muy rápido. |
Situación de la vida cotidiana
Cuando en el campo ves el relámpago de un rayo y escuchas el trueno unos segundos después, estás experimentando la diferencia entre la velocidad de la luz (300.000 km/s) y la del sonido (343 m/s). Si cuentas los segundos entre el relámpago y el trueno y los multiplicas por 343, obtienes la distancia aproximada a la que cayó el rayo. Por ejemplo, si pasan 3 segundos: 3 × 343 = 1.029 metros de distancia.
Características del sonido: tono, intensidad y timbre
Todos los sonidos son ondas, pero no todos suenan igual. La física del sonido describe tres características principales que permiten distinguir un sonido de otro, y cada una depende de una propiedad de la onda.
Tono (frecuencia)
Indica si el sonido es agudo o grave. A mayor frecuencia (Hz), el tono es más agudo. A menor frecuencia, es más grave.
Ejemplo: la voz de soprano es aguda (frecuencia alta); la voz de bajo es grave (frecuencia baja).
Ejemplo: la voz de soprano es aguda (frecuencia alta); la voz de bajo es grave (frecuencia baja).
Intensidad (amplitud)
Indica si el sonido es fuerte o débil. A mayor amplitud de onda, mayor intensidad. Se mide en decibeles (dB).
Ejemplo: un susurro (~30 dB) vs. un concierto de rock (~110 dB).
Ejemplo: un susurro (~30 dB) vs. un concierto de rock (~110 dB).
Timbre (forma de onda)
Permite distinguir dos sonidos de igual tono e intensidad producidos por fuentes distintas. Depende de la forma de la onda.
Ejemplo: la misma nota La tocada en un violín suena distinto que en una flauta.
Ejemplo: la misma nota La tocada en un violín suena distinto que en una flauta.
Situación de la vida cotidiana
Cuando llamas por teléfono a un familiar, puedes reconocer su voz aunque no lo veas. Eso ocurre gracias al timbre: la forma única de la onda de su voz. Aunque diga las mismas palabras con el mismo volumen que otra persona, su timbre es diferente porque la forma en que vibran sus cuerdas vocales es única.
Tabla 2: Resumen de las características del sonido
| Característica | Propiedad de la onda | Percepción auditiva | Unidad |
|---|---|---|---|
| Tono | Frecuencia | Agudo / Grave | Hz |
| Intensidad | Amplitud | Fuerte / Débil | dB |
| Timbre | Forma de la onda | Identidad del sonido | — |
Fuentes sonoras: cuerdas, láminas y columnas de aire
Los instrumentos musicales y otras fuentes sonoras producen sonido de tres maneras principales, todas basadas en la vibración:
Vibración de cuerdas
Guitarra, violín, piano, cuerdas vocales. La cuerda tensa vibra y produce ondas estacionarias. La frecuencia depende de la longitud, tensión y grosor de la cuerda.
Vibración de láminas
Platillos, tambores, membranas de parlante. Una superficie delgada vibra al golpe o por variación de corriente eléctrica (parlante).
Columna de aire
Flauta, trompeta, órgano, cuerdas vocales (la laringe actúa como una cavidad). El aire vibra dentro de un tubo o cavidad.
Ondas estacionarias: Cuando una cuerda vibra entre dos puntos fijos (como en una guitarra), se forman ondas que "parecen estar quietas" porque van y vienen entre los extremos. El punto central que vibra más se llama vientre y los extremos fijos se llaman nodos. La vibración más simple (modo fundamental) produce un solo vientre. Los armónicos son vibraciones más complejas (2, 3, 4… vientres) que dan riqueza al sonido. Lo mismo ocurre en las columnas de aire de instrumentos de viento.
Situación de la vida cotidiana
Cuando un cantante afina un micrófono haciendo "aaaaah", sus cuerdas vocales (repliegues de tejido en la laringe) vibran y el aire de su tráquea y boca actúa como columna de resonancia. Al tensar o relajar sus cuerdas vocales, cambia la frecuencia y por eso puede cantar notas agudas o graves. Un cantante de ópera bien entrenado puede romper una copa de cristal si canta la nota exacta a la que la copa resuena.
Fenómenos sonoros en la vida cotidiana
Las ondas de sonido, al igual que otras ondas, pueden experimentar distintos fenómenos cuando se encuentran con obstáculos, cambios de medio o con otras ondas. Conocerlos permite entender muchas situaciones del día a día.
Reflexión
El sonido rebota al chocar contra una superficie. El eco es el ejemplo más conocido: al gritar en una montaña o en un edificio grande, escuchas tu voz repetida un instante después porque la onda rebotó y llegó de vuelta a tu oído.
Refracción
El sonido cambia de dirección al pasar de un medio a otro de diferente densidad. Por eso a veces en la noche se escuchan con más claridad sonidos lejanos: las capas de aire frío y cálido desvían las ondas hacia el suelo.
Absorción
El sonido pierde energía al atravesar ciertos materiales blandos como cortinas gruesas, alfombras o espuma acústica. Las salas de cine están tapizadas con materiales absorbentes para mejorar la calidad del audio.
Difracción
El sonido puede "doblar" esquinas y rodear obstáculos. Por eso escuchas música en otra habitación aunque la puerta esté cerrada: las ondas de sonido se difractan al pasar por las rendijas.
〰 Interferencia
Cuando dos ondas se encuentran, se suman o se restan. Si dos parlantes emiten el mismo sonido, en algunos puntos del cuarto el sonido se amplifica (interferencia constructiva) y en otros se cancela (interferencia destructiva). Los audífonos con cancelación de ruido funcionan con este principio.
Pulsación (batimiento)
Cuando dos sonidos de frecuencias muy parecidas (pero no iguales) se superponen, se escucha un sonido que sube y baja de intensidad periódicamente. Los músicos usan este fenómeno para afinar: cuando las pulsaciones desaparecen, los instrumentos están en la misma nota.
Situación de la vida cotidiana — El eco en el estadio
En un estadio de fútbol, cuando el público grita, escuchas el sonido de forma confusa porque miles de reflexiones llegan a tu oído con distintos retardos. Eso se llama reverberación. Los ingenieros acústicos diseñan teatros y auditorios para controlar estas reflexiones: suficiente reverberación hace el sonido rico y envolvente, pero demasiada lo hace incomprensible.
Ítem I · Completación
10 puntos — 5 puntos por párrafo
Completa los párrafos escribiendo el concepto correcto en cada línea.
Banco — Párrafo 1: vibración · medio material · ondas longitudinales · mecánicas · receptor · emisora · vacío · comprime · transversal
El sonido es una onda que se origina cuando una fuente produce una . Esta vibración se transmite a través de un porque el sonido no puede propagarse en el . Las partículas del medio se mueven en la misma dirección en que se propaga la onda (por eso son ): el medio se y se expande. Finalmente, la onda llega a un que también vibra.
Banco — Párrafo 2: tono · frecuencia · intensidad · amplitud · timbre · forma · grave · agudo · decibeles · Hz
Las características del sonido son tres. El depende de la de la onda: a mayor frecuencia, el sonido es más , y a menor frecuencia, es más . La depende de la de la onda y se mide en . Finalmente, el depende de la de la onda y permite distinguir dos sonidos del mismo tono e intensidad producidos por fuentes diferentes.
Ítem II · Selección Múltiple
18 puntos — 3 puntos por pregunta
Encierra en un círculo la alternativa correcta.
1. Dos astronautas están en el espacio exterior. Uno golpea fuertemente un objeto metálico. El otro, a 5 metros de distancia, ¿escuchará el sonido?
A
Sí, el sonido viaja a 343 m/s en el vacío.B
No, el sonido necesita un medio material para propagarse.C
Sí, pero el sonido llegará más lento que en la Tierra.D
No, porque la velocidad del sonido es cero en el espacio.2. Una cantante de ópera sube progresivamente el tono de su voz hasta llegar a una nota muy aguda. ¿Qué ocurre con la frecuencia de las ondas que emite?
A
La frecuencia disminuye progresivamente.B
La frecuencia no cambia, solo cambia la amplitud.C
La frecuencia aumenta progresivamente.D
La frecuencia se mantiene constante en toda la escala musical.3. Cuando escuchas un trueno varios segundos después de ver el relámpago, esto se debe a que:
A
El rayo produce primero luz y luego sonido.B
La luz viaja mucho más rápido que el sonido.C
El sonido viaja más rápido que la luz en la atmósfera.D
El trueno se produce en las nubes y tarda en bajar.4. Escuchas música en otra habitación aunque la puerta esté casi cerrada. ¿Qué fenómeno ondulatorio explica esto?
A
Reflexión del sonido.B
Absorción del sonido.C
Difracción del sonido.D
Interferencia del sonido.5. Un guitarrista presiona una cuerda en distintos trastes para cambiar la nota. Al presionar un traste más alto (cuerda más corta), ¿qué le ocurre al sonido?
A
El sonido se vuelve más grave porque tiene menos tensión.B
El sonido se vuelve más agudo porque la frecuencia aumenta.C
El sonido se vuelve más intenso porque la amplitud aumenta.D
El timbre cambia pero el tono se mantiene igual.6. Un músico está afinando su guitarra con otro instrumento. Escucha un "wah-wah-wah" que se va lentamente haciendo más lento hasta desaparecer. Cuando desaparece, ¿qué significa?
A
Los instrumentos producen la misma amplitud.B
Los instrumentos producen exactamente la misma frecuencia (afinados).C
Se produjo absorción total del sonido.D
Los instrumentos dejaron de producir sonido simultáneamente.
Ítem III · Verdadero y Falso
12 puntos — 2 puntos por afirmación
Marca con una X en V o F. Corrige las afirmaciones falsas.
VF
1.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que necesita un medio material para propagarse.
2.
El sonido viaja más rápido en el aire que en el agua, porque en el aire las moléculas están más juntas.
Corrección:
3.
El timbre de un sonido depende de la forma de la onda y permite reconocer la fuente que lo produce, aunque tenga el mismo tono e intensidad que otro sonido.
4.
El eco es un fenómeno de absorción del sonido que ocurre cuando las ondas son atrapadas por materiales blandos como alfombras.
Corrección:
5.
En una guitarra, al acortar la longitud de la cuerda (pisando un traste), la frecuencia de vibración aumenta y el sonido se vuelve más agudo.
6.
Los audífonos con cancelación de ruido funcionan usando el fenómeno de interferencia constructiva para amplificar los sonidos del ambiente.
Corrección:
Ítem IV · Análisis y Desarrollo
18 puntos
Responde con argumentos científicos completos. Muestra procedimientos cuando corresponda.
Situación para las preguntas 1 y 2
Valentina y su familia están de vacaciones en el campo. Durante una tormenta, Valentina ve un relámpago y cuenta 4 segundos hasta escuchar el trueno. Su hermano dice que el rayo cayó muy lejos. Su papá dice que el sonido viaja a 343 m/s en el aire y que en el agua viaja a 1.480 m/s.
Pregunta 1 (4 pts): Calcula a qué distancia aproximada cayó el rayo. Muestra el procedimiento completo.
Rúbrica: 2 pts procedimiento correcto · 2 pts resultado correcto con unidad (1.372 m).
Pregunta 2 (6 pts): Si el trueno hubiera viajado por el agua de un lago en lugar de por el aire, ¿llegaría antes o después al oído de Valentina? Explica usando el concepto de rapidez del sonido en distintos medios y por qué ocurre esta diferencia.
Rúbrica: 3 pts por conclusión correcta (llegaría antes en el agua) · 3 pts por explicar la relación entre densidad del medio y rapidez de propagación.
Pregunta 3 — Síntesis (8 pts): Imagina que eres ingeniero de sonido de un teatro y debes mejorar la acústica. El problema es que el sonido llega con eco, en algunas zonas es muy débil y los músicos se quejan de que no pueden afinar bien. Describe qué fenómenos ondulatorios están causando cada problema y qué soluciones propondrías para cada uno. Usa los conceptos de reflexión, absorción, interferencia y pulsación.
Rúbrica: 2 pts por cada problema identificado con su fenómeno y solución correcta (máx. 4 = 8 pts).
Escuela Particular 95 Alemana · Paillaco
Física — 1° Medio · OA10 · Guía N°2
Ezequiel Saldivia