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¡Las ondas pueden parecer interminables y siempre iguales, pero están lejos de ser aburridas! Todas las ondas que se desplazan llevan energía de un punto a otro; esta es una propiedad que ha interesado a inventores y científicos durante miles de años. La energía de las ondas puede utilizarse para comunicarse a larga distancia o, incluso, para promover la curación…
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Jetzt kostenlos anmelden¡Las ondas pueden parecer interminables y siempre iguales, pero están lejos de ser aburridas! Todas las ondas que se desplazan llevan energía de un punto a otro; esta es una propiedad que ha interesado a inventores y científicos durante miles de años. La energía de las ondas puede utilizarse para comunicarse a larga distancia o, incluso, para promover la curación del cuerpo. Las aplicaciones de las ondas en la vida cotidiana son casi infinitas.
Una onda es una perturbación en cualquier material o medio que se propaga (se mueve) de un lugar a otro.
Las partículas del medio vibran con un patrón específico predecible que puede estudiarse para encontrar las características de la onda.
Existen diferentes tipos de ondas, entre los que se destacan:
Algunos de los componentes de una onda son:
Las ondas se pueden clasificar como longitudinales o transversales.
En este artículo hablaremos de las aplicaciones de las ondas sonoras.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales; es decir, las partículas de aire vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda.
Las ondas sonoras pueden propagarse en gases, como el aire; aunque, también, en líquidos y sólidos. Este tipo de ondas se generan a partir de las vibraciones de las moléculas en un medio —como el metal, el agua o el aire—. Se propagan como ondas longitudinales y durante su propagación existen zonas donde la presión es más alta y las moléculas están más juntas, y otras zonas donde las moléculas están separadas y la presión es pequeña. Esto significa que cuando una onda sonora está viajando, la densidad y la presión cambian continuamente.
Ya sabemos que el sonido se propaga de un lugar a otro atraves de un medio material, por lo tanto, la velocidad de las ondas sonoras depende de las caracteristicas del material en el que se esten propagando. Los factores que pueden afectar la veolocidad de la propagacion de las ondas sonoras, como la densidad, la temperatura, la elasticidad o la presion del material.
La velocidad de propagacion de una onda sonora es mayor en los solidos que en los liquidos y en los liquidos mayor que en los gases. Esto debido a que la densidad de las particulas permite mas intercambio de energia cuando estan mas cerca una de la otra. La siguiente lista muestra la velocidad del sonido en diferentes materiales:
Ahora que sabemos como se propagan las ondas sonora, veamos algunas aplicaciones de este tipo de ondas.
El uso más común y, probablemente, más importante de las ondas sonoras es la comunicación verbal cotidiana:
Las ondas sonoras están formadas por zonas en las que las moléculas de aire están más juntas, lo que se denomina compresión.
Las zonas en las que las moléculas de aire están más separadas se denominan rarefacciones.
La siguiente figura muestra las zonas de compresión y rarefacción en una onda sonora típica:
Fig. 1 Una onda sonora se mueve desde la fuente hasta el oído, mediante moléculas de aire vibrando. Las zonas más oscuras tienen más moléculas de aire vibrando (compresiones), mientras que las zonas más claras tienen menos (rarefacciones).
Los límites de frecuencia del rango auditivo humano son \(20 \,\,\mathrm{Hz} \) a \(20 \,\,\mathrm{kHz}\). Cualquier sonido con una frecuencia inferior a \(20 \,Hz \) o superior a \(20 \, kHz \) no puede ser detectado por el ser humano. Esta gama de frecuencias se conoce como el espectro audible.
La velocidad de cualquier onda \( v\) viene dada, en términos de su frecuencia \( f\) y su longitud de onda \( \lambda \), por la fórmula \(v = f \lambda\).
Las ondas sonoras pueden utilizarse para la comunicación, la música y otras aplicaciones que dependen del viaje del sonido a través del aire. El sonido también puede viajar a través de líquidos y sólidos. El sonido viaja más rápido por el agua que por el aire y, también, recorre mayores distancias en el agua que en el aire. Este hecho es uno de los factores que dieron origen al concepto del sonar.
El sonar es un acrónimo de Sound Navigation and Ranging (navegación y localización por sonido).
Se trata de la utilización de las ondas sonoras en el agua para detectar obstáculos submarinos (como las minas marinas) y objetos que están ocultos bajo la superficie del océano (por ejemplo, los submarinos).
Las ondas sonoras viajan a una velocidad aproximada de \(330 \,\,\mathrm{m/s} \) en el aire a temperaturas y presiones estándar; pero, a una velocidad aproximada de \(1500 \,\,\mathrm{m/s}\) a través del agua.
Las ondas sonoras que viajan a través del agua sufren una importante propiedad del movimiento ondulatorio cuando encuentran un obstáculo: la reflexión.
Podemos determinar la distancia \(r\) al objeto, ya que se conoce la velocidad de la onda en el agua.
\[\begin{aligned} 2r&=vt \\ r&=\dfrac{vt}{2} \end{aligned} \]
La reflexión es una propiedad del movimiento de las ondas. Se produce cuando una onda que se mueve en un medio incide en un límite u obstrucción y rebota en ese límite, antes de volver a su medio original, en una dirección diferente.
El principio de funcionamiento del sonar puede verse en el siguiente diagrama:
Una embarcación estacionaria que flota en la superficie de un lago envía una onda sonora a través del agua directamente debajo de ella. La reflexión de la onda sonora se recibe \(0,10 \) segundos después. Suponiendo que la velocidad del sonido en el agua es \(1500\, m/s\), calcula la profundidad \( r\) del lago.
Por lo tanto, la profundidad \(r \) del lago es
\[\begin{aligned} r&= \dfrac{vt}{2} \\ &= (1500 \, m/s)\times (0,10 \, s)/2 \\ &=75 \, m \end{aligned} \]
Si alguna vez has visto la ecografía de un bebé en una mujer embarazada, habrás notado que la imagen muestra las características del feto. Este es un ejemplo del uso de las ondas ultrasónicas en medicina.
Las ondas ultrasónicas utilizan un principio similar al del sonar: la reflexión. Se emplea un dispositivo llamado transductor para generar y recibir ondas sonoras que tienen una frecuencia cientos de veces mayor que el límite superior de la audición humana. Las ondas sonoras se reflejan parcialmente en los límites de los distintos tejidos del cuerpo humano. El transductor recibe las ondas reflejadas y las transforma en una señal digital que se visualiza como imagen. Los distintos tejidos y estructuras corporales reflejan las ondas en diferentes direcciones y con distintas amplitudes. El resultado es una imagen de la estructura de interés (tejido, órgano, etc.).
La siguiente imagen es un ejemplo de las producidas por ultrasonidos:
Fig. 3 Para obtener una ecografía, se envía un pulso de ultrasonido al cuerpo; las variaciones en la intensidad del pulso reflejado se utilizan para crear esta imagen.
Las ondas de ultrasonido solo se reflejan parcialmente, porque algunas de las ondas pueden ser refractadas, dispersadas o absorbidas por el límite entre los tejidos.
Podemos determinar la profundidad del límite entre los tejidos por debajo de la superficie de la piel, utilizando la ecuación que hicimos para el sonar; es decir, \[ r=\dfrac{vt}{2}\]
Donde:
Una onda es una perturbación en cualquier material o medio que se propaga (se mueve) de un lugar a otro.
Algunos de los componentes de una onda son:
Existen diferentes tipos de ondas, como las ondas de sonido, las ondas de radio, las microondas, las ondas de agua y las ondas de luz, entre otras.
Las ondas se pueden clasificar como longitudinales o transversales.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales; es decir, las partículas de aire vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda.
Las ondas sonoras pueden utilizarse para la comunicación, la música y otras aplicaciones que dependen del viaje del sonido a través del aire.
El sonido también puede viajar a través de líquidos y sólidos: se emplean ondas sonoras en el agua para detectar obstáculos submarinos (como las minas marinas) y objetos que están ocultos bajo la superficie del océano (por ejemplo, los submarinos).
La reflexión es la propiedad del movimiento de las ondas que se produce cuando una onda que se mueve en un medio incide en un límite u obstrucción y rebota en ese límite antes de volver a su medio original en una dirección diferente.
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