Reflexión, refracción, difracción y resonancia del sonido

in StemSocial2 months ago
Hola querida comunidad científica de Hive, reciban todos un cordial saludo. Es un placer estar nuevamente acá compartiendo una nueva publicación con ustedes, el día de hoy estaremos escribiendo un poco sobre la reflexión, refracción y difracción del sonido, así como también conoceremos sobre la resonancia y ondas estacionarias.

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Similar a lo que sucede con cualquier tipo de onda, el sonido puede reflejarse, o sufrir refracción o difracción, cuando encuentra un obstáculo. La reflexión de ondas de sonido, cuando alcanzan una superficie en su trayectoria, puede dar lugar a dos fenómenos interesantes: el eco y la reverberación. Los ecos se perciben cuando una onda de sonido, emitida por una fuente, se refleja en un obstáculo y es captada por el oído un tiempo mayor de 0,1 segundos, después que el sonido original salió de la fuente. Muy familiar nos resulta pararnos enfrente de una montaña, emitir un grito y esperar el rebote del sonido para oír nuestra propia voz.

El sonar es un instrumento utilizado para determinar la profundidad en mares y océanos, basado en el sonido reflejado en el fondo rocoso y arenoso. Algunos animales, como murciélagos y guacharos, emiten señales sonoras y utilizan su eco para orientarse en la oscuridad.

La reverberación es una reflexión múltiple del sonido en espacios cerrados, cuyas dimensiones (alto, ancho y largo) no superen los 17 metros ¿Por qué 17 metros? El cerebro humano mantiene el sonido en su memoria por un tiempo de 0,1 segundos. Si una onda de sonido reflejada alcanza al oído dentro de 0,1 segundos del sonido inicial, la persona lo percibe como si fuera un sonido continuo. Como las perturbaciones sónicas viajan a unos 340 m/s, en 0,1 s cubrirán una distancia de 34 m, Esto es, 17 m en el viaje de ida y 17 m cuando se refleja.

Aun cuando la reverberación puede producir efectos auditivos o musicales indeseables en espacios cerrados, cuando la sala está mal diseñada desde el punto de vista acústico, si el proyecto arquitectónico se hace, atendiendo a normas de diseño correctas, la sensación sonora se hace placentera.

La refracción de las ondas de sonido se produce cuando tiene lugar un cambio de dirección de las mismas, al pasar de un medio a otro distinto. La refracción está acompañada de un cambio tanto en la velocidad como en la longitud de onda. Así, si la onda de sonido pasa del aire al agua, su velocidad aumenta de 340 m/s a 1482 m/s.

La difracción ocurre cuando el sonido se hace notar alrededor de obstáculos y aperturas.

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Difracciòn de ondas de sonido


Resonancia y Ondas Estacionarias
Cualquier objeto, cuando se somete a un golpe o a una perturbación, comienza a vibrar. Cuando se golpea una campana o se pulsa una cuerda de un cuatro o de una guitarra, éstas vibrarán a una frecuencia especifica, denominada frecuencia natural o frecuencia de resonancia del objeto que se excita. Todos los objetos tienen una frecuencia natural o un conjunto de frecuencias a las cuales vibran. Cuando son excitados por una perturbación externa, tienden a vibrar a esas frecuencias características.

Algunos objetos, como, por ejemplo, la flauta, vibran a una frecuencia de resonancia, produciendo un tono musical casi puro. Otros instrumentos musicales producen dos o más ondas, cuyas frecuencias están relacionadas de tal forma que su sensación es agradable al oído. En otros casos, las frecuencias naturales de vibración no están relacionadas armoniosamente y se originan en el oído sensaciones desagradables que, usualmente, se identifican como ruido. Por ejemplo, cuando se desliza un pupitre construido de madera y metal en un salón de clases, se produce un ruido muy desagradable.

Las frecuencias de resonancia de un objeto dependen de varios factores. La relación entre la frecuencia, f, la longitud de onda, λ, y la velocidad (v) de propagación de una onda está dada por:

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El cuatro, por ejemplo, es un instrumento musical de 4 cuerdas diferentes, cuya tensión, grosor y longitud determinan la frecuencia de vibración. El grosor determina la densidad de la cuerda. La tensión y la longitud pueden ser controladas por el músico, mientras que el grosor de las cuerdas lo fija el fabricante de las mismas. La velocidad de la onda depende de las propiedades del medio: la tensión y densidad lineal de las cuerdas, mientras que la longitud de onda es controlada por quien toca el cuatro, colocando sus dedos en los puntos apropiados sobre las cuerdas. De esta forma, produce las frecuencias correspondientes a los distintos tonos musicales.

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Fuente

La generación de ondas estacionarias para el sonido, se logran evidenciar en los instrumentos musicales, bien sean estos de cuerda, de viento o de persecución. Las ondas estacionarias se forman cuando las ondas se reflejan, creando patrones de interferencia a lo largo del medio de propagación, en los cuales se aprecia la formación de nodos y antinodos. Aunque los objetos pueden vibrar a distintas frecuencias, sólo modos de vibración específicos pueden establecerse con relativa facilidad.

Cada patrón de onda estacionaria está asociado con una de las frecuencias naturales de vibración de la cuerda, a las cuales se les denomina armónicos. Al primer armónico se le conoce también con el nombre de frecuencia fundamental. Los patrones de onda estacionaria sobre la cuerda fija en sus extremos, se caracterizan por lo siguiente:

1- Hay un patrón alternante de nodos y antinodos.
2- En los dos extremos fijos de la cuerda siempre hay nodos.
3- Entre los extremos hay siempre ondas completas o, un número de ondas completas, más la mitad de una onda.

WhatsApp Image 2021-07-04 at 12.01.15 AM-1.jpegFuente: Figuera (2009)

Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.


Referencias

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. México: Pearson Educación.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.


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Saludos,que explicación tan agradable te felicito pues me parece exquisita tu ponencia con respecto al cuatro como instrumento musical, en cuanto a la reverberación creo que voy a estudiarlo un poco mas pues a pesar de que soy locutor, apenas hace días un colega me dijo; “vamos a ponerle a las transmisiones de los juegos de fútbol, un poquito de reverberación para que se escuche bonito” , yo pregunte que es eso y me dijo es como ponerle eco , ese dia volvi a entender que nunca terminamos de aprender y casualidad me paseo por esta comunidad y que agradable leer tu articulo , saludos exitos y bendiciones

Hola @ovelperez82 disculpa lo tarde, estuve ausente de la plataforma.

Me alegra mucho que te haya gustad la publicación, la reverberación es un concepto que lo conocemos desde pequeños y que es muy utilizado en la industria musical. Gracias por leer y comentar este post.