Acústica geométrica (Parte III)

in StemSocial2 months ago

En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de Hive.blog, seguimos con el vínculo entre la acústica y la geometría, es decir, la acústica geométrica.

Introducción

El sonido se ha constituido en unos de los fenómenos que sin lugar a dudas forma parte esencial de nuestra existencia, y de ello somos testigos fidedignos al momento de comunicarnos a través de nuestra voz, esta natural característica la pudimos comprobar en nuestra primera entrega al hacer referencia a la vibración de nuestras cuerdas vocales.

También nos relacionamos con el origen del sonido por medio de la vibración de las partículas componentes de ciertos recipientes de distintas formas geométricas, cuando dichas vibraciones se originan provocan perturbaciones a las que ya hemos expresado con el nombre de ondas sonoras de tipo longitudinal, estas últimas transportan el sonido a través de cualquier medio material o elástico (como el aire) que se encuentra entre la fuente emisora y cualquier tipo de receptor.

Es importante también recordar que a las ondas sonoras o frentes de ondas las hemos considerado como rayos sonoros, además debemos resaltar que tanto la frecuencia como la longitud de ondas son inversamente proporcionales, esto quiere decir entonces, que a mayor frecuencia menor es la longitud de onda o viceversa, recordemos que el número de ondas sonoras que pueden pasar por un determinado punto en el tiempo de un segundo es lo que conocemos como frecuencia, y su unidad de medida es el hercio o Hertz (Hz).

Las características antes mencionadas son muy importantes para el análisis de cualquier tipo de fenómeno originado al momento de la propagación del sonido, y de estos, ya conocimos el de la reflexión especular, en esta oportunidad analizaremos de manera general a la reflexión difusa, la absorción y transmisión de rayos sonoros, fenómenos que se desarrollan debido a los obstáculos encontrados por los rayos sonoros durante su propagación.

Sabemos que el tipo de reflexión de los rayos sonoros dependerá de la superficie con la cual entran en contacto dichos rayos, en el artículo anterior analizamos el impacto de los rayos sonoros con superficies planas, y con ello observamos el origen de dos ángulos iguales, el denominado de incidencia y por supuesto el reflejado, estas propiedades o características definen a una reflexión especular, de lo contrario estaríamos en presencia de una reflexión difusa.

Los objetos que nos circundan se encuentran constituidos por partículas o elementos que serán parcial o totalmente absorbentes de los rayos sonoros al impactar con ellos, cuando los rayos sonoros inciden sobre una superficie, parte de su energía se reflejará, pero otra parte de la misma se disipara y lo hará en forma de calor producto o a razón de varios rozamientos con el cuerpo u objeto de impacto, por lo tanto, esta energía disipada ni se refleja ni se transmitirá, es absorbida.

Sin embargo, cuando nos encontramos con ciertos cuerpos u objetos que son más allá de ser solo reflectantes, y por tanto, sirven de obstáculos a la propagación de los rayos sonoros, pero dejaran pasar cierta cantidad de estos rayos, entonces, nos encontramos con el fenómeno de transmisión de energía, y esto ocurre cuando un determinado conjunto de rayos sonoros impactan sobre algún obstáculo, este último, por la acción antes mencionada se pondrá en movimiento vibratorio y de esta manera se irradiara energía sonora hacia un determinado receptor.

A continuación mostraremos una imagen gif, en donde, observaremos la reflexión difusa, también los fenómenos de absorción y transmisión:

Gif_Reflexión_absorción y transmisión del sonido.gif

En el anterior gif pudimos observar la realización de una pequeña experiencia práctica, esto con la finalidad de demostrar los fenómenos antes descritos, en donde, observaremos la vibración del cuerpo u objeto que sirve de obstáculo pero que deja transmitir cierta energía de los rayos sonoros emitidos desde cierta fuente sonora, utilizaremos varios medios materiales como la madera, el vidrio, el plástico y por supuesto el aire.

Reflexión difusa

Para este tipo de reflexión es importante resaltar la definición de una superficie lisa, ya que de ello dependerá si los rayos sonoros se reflejaran de forma especular o difusa, y por lo tanto, podemos decir, que para determinar esta característica debemos tomar en cuenta la relación existente entre la longitud de ondas de los rayos incidentes con el tamaño de las asimetrías de dicha superficie reflectora.

Por lo tanto, si el tamaño de dichas asimetrías superficiales resultan ser menores que las longitudes de ondas de dichos rayos sonoros incidentes, este aspecto nos puede hacer considerar que tal superficie sea considerada como lisa, y de esta manera la reflexión seria de tipo especular y con ello observaríamos las condiciones antes mencionadas, pero si dichas longitudes de ondas son al menos iguales a las asimetrías antes descritas, entonces, estaríamos en presencia de reflexiones de tipo difusa.

Es importante resaltar que en ocasiones habrán longitudes de ondas que serán bastante menores que las asimetrías superficiales, de esta manera, de forma general realizamos la comparación entre una reflexión especular y una difusa, a continuación observaremos una superficie reflectante cuya irregularidades o asimetrías superficiales son mayores a las longitudes de ondas de los rayos sonoros incidentes.

Figura 1. Reflexión difusa de los rayos sonoros

Figura_1.JPG

Absorción y transmisión de los rayos sonoros

La absorción es el fenómeno relacionado a la disipación en forma de calor de cierta cantidad de energía de los rayos sonoros al impactar, y con ello reflejarse o traspasar un determinado cuerpo u objeto el cual puede considerarse como obstáculo entre dos medios de propagación de dichos rayos sonoros, por lo tanto, si tenemos dos medios A y B, y ciertos rayos sonoros se emiten desde A hacia B, sabemos que antes de llegar al medio B dichos rayos impactaran con el obstáculo, por lo tanto, en esta acción cierta energía que contienen los rayos sonoros se reflejara al medio inicial (A), otra parte será absorbida por el obstáculo debido al rose de las partículas vibrantes con dicho medio (efecto de absorción), y otra parte se transmitirá hacía en medio B, este último lo conocemos como efecto de transmisión, como podemos visualizar en la siguiente figura 2.

Figura 2. Reflexión, absorción y transmisión del sonido

Figura_2.JPG

Es importante expresar que cada obstáculo a la propagación de los rayos sonoros estará constituido por elementos o materiales que poseen particulares coeficientes tanto de reflexión, absorción y transmisión, claro está, esto dependerá también a la frecuencia de propagación de dichos rayos sonoros.

Por lo tanto, el coeficiente de absorción de un determinado material componente de un cuerpo u objeto, nos indicara la cantidad de energía que absorbe de los rayos sonoros, y esto nos lleva a relacionar tanta la energía de los rayos sonoros absorbida por un determinado material con la energía de los rayos incidente, esto nos lleva a la siguiente formulación:

Fórmula_1.png

Este coeficiente guarda intrínseca relación con su natural estructuración, es decir, porosidad, espesor, densidad, entre otras características particulares a cualquier material constituyente de cuerpos u objetos que pueden obstaculizar la propagación de ciertos rayos sonoros.

Para relacionar aquella energía transmitida con la energía incidente al impactar los rayos sonoros con cierta pared u obstáculo, tenemos el factor denominado transmisión sonora, cuya formulación es la siguiente:

Fórmula_2.png

De esta manera comprobamos lo expresado con anterioridad, en donde, la energía de los rayos sonoros incidente a una superficie será absorbida, reflejada y transmitida, concluyendo en la siguiente relación:

Fórmula_3.png

Ya obtenida la descripción de forma general de los fenómenos a estudiar, es importante que puedan observar el material audiovisual donde se muestra la experiencia práctica ante mencionada.

De esta manera podemos expresar que pudimos demostrar el desarrollo de los fenómenos de la reflexión, absorción y transmisión del sonido cuando el mismo se propaga de un determinado espacio a otro.

Conclusión

A nuestro alrededor podemos encontrar innumerables fuentes sonoras (de origen natural o artificial) que emiten algún tipo de sonido, y por lo tanto, existirá una vibración, esto lo comprobamos en la primera entrega de esta serie temática, es decir, para que exista sonido debe originarse vibración, los rayos sonoros al propagarse y antes de amortiguarse naturalmente con el aire pueden encontrar cualquier tipo de obstáculos, y los mismos tendrán influencia en dicha propagación de estos rayos sonoros.

En el anterior artículo nos relacionamos con unos de los fenómenos originados por lo antes descrito, la reflexión, y esta puede ser según la superficie con la cual impacta especular o difusa, o también dependerá de la longitud de onda de los rayos incidentes, ya que en el caso de la reflexión difusa (analizada de manera general en este artículo), para que esta se origine la longitud de onda de los rayos sonoros debe ser menor que las irregulares o asimetrías de la superficie con la cual impactan.

Pero además del fenómeno de la reflexión, también nos encontramos con los fenómenos de la absorción y transmisión mediante la propagación de los rayos sonoros, cuando dichos rayos inciden con una determinada superficie estos además de reflejarse, disiparan cierta cantidad de energía, y esto se debe a la vibración que originan en las partículas componentes del material del cuerpo u objeto obstaculizador.

Si la capacidad de absorción de dicho material no es total, nos encontramos con el fenómeno de la transmisión de estos rayos sonoros, estas importantes características la pudimos demostrar a través de una experiencia práctica casera, en donde, pudimos escuchar además de la trasmisión del sonido, la vibración que origina el efecto de la absorción de cierta cantidad de energía cuando los rayos sonoros pasan de un espacio A hacia otro B, y de esta manera analizamos a los fenómenos de la reflexión, absorción y transmisión del fenómeno del sonido.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de Hive.blog, en especial a los miembros de las comunidades de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de la comunidad de #stemsocial, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este maravilloso proyecto, ya que nos permiten valorar la gran labor de la academia y el gran esfuerzo que realiza constantemente el campo científico.

Nota: Todas las imágenes son de mi autoría y fueron elaboradas usando Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, el material audiovisual se realizó utilizando el instrumento óptico (cámara de vídeo) del teléfono celular ZTE BLU Life Play 2, además el mismo fue editado implementando la aplicación de Wondershare Filmora (Build 7.8.9).

Referencias Bibliográficas

[1]Charles H. Lehmann. Geometría analítica

[2]Reflexión y absorción del sonido

[3]Física del sonido

[4]Acústica física

[5]Absorción y acondicionamiento acústico.

Sort:  

Un tema importante, el desarrollo abarcó una amplia información! Gracias por compartir

Gracias @pcojines por comentar saludos.

Todo en el universo está en constante vibración. Es decir el universo es sonido, es poco lo que podemos percibir con nuestro órgano auditivo.

Eso es correcto amigo, nuestro universo se manifiesta con vibraciones, y las mismas originan el sensacional fenómeno del sonido, este artículo busca poder mostrar tal acción vibratoria de las partículas componentes de cualquier cuerpo u objeto que obstaculizan la propagación de los rayos sonoros produciendo en primer lugar el fenómenos de absorción. Gracias por tu valioso aporte. Éxitos.

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Gracias comunidad amiga por su valioso apoyo. Saludos.

Excelente trabajo

Gracias @amart29 por comentar. Saludos.

Saludos estimado amigo @rbalzan79 de nuevo una excelente publicación sobre la acústica, la imagenes nos transmiten claramente lo que deseas explicarnos, se nota la dedicación hermano un material digno de compartir. Seguimos leyendonos amigo !👍

Saludos estimado amigo amestyj por tu valioso comentario, esa es la idea tratar de ser lo mas didáctico posible, nos seguimos leyendo. Éxitos hermano.

Su post ha sido valorado por @ramonycajal

microscope.jpg

Gracias @ramonycajal por tan valioso apoyo , saludos a toda la comunidad de cervantes. Saludos.

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Excelentes experimentos los presentados en la tercera entrega de acústica geométrica, también un buen acompañamiento de las imágenes gif. Saludos y gracias @rbalzan79 por compartir este contenido con toda la comunidad hive.

Saludo estimado amigo @carlos84, gracias por tu positiva apreciación, nos seguimos leyendo. Éxitos.

Interesante experiencia @rbalzan79. Saludos.

Gracias por tu visita amigo @capp. Saludos.

Excelente trabajo estimado @rbalzan79, muy buena serie sobre acústica, el apoyo con el recurso audiovisual permite una clara comprensión del tema, lo que deja claro la importancia y el mundo de vibraciones que nos rodea. Saludos

Gracias amiga @yusvelasquez por tu visita a mi blog, esa es la idea poder complementar lo mejor posible el contenido con cualquier otra estrategia didáctica, las vibraciones se encuentran en cualquier parte de nuestro entorno y sobre todo en nuestra propia entidad física, Un saludo fraterno.