1. ACÚSTICA

2. El movimiento ondulatorio
• El movimiento ondulatorio es el
proceso por el que se propaga energía
de un lugar a otro sin transferencia de
materia, mediante ondas.

3. Clases de ondas
• Mecánicas: Necesitan un medio natural
para su propagación.
• Electromagnéticas: no necesitan un
medio natural (pueden propagarse en
el vacío).

4. Clases de ondas
• Longitudinales: El medio se desplaza
en la dirección de la propagación.
El aire se comprime y expande en la
misma dirección en que avanza el
sonido.

5. Clases de ondas
• Tranversales: El medio se desplaza en
ángulo recto a la dirección de la
propagación.
Las ondas en un estanque avanzan
horizontalmente pero el agua se
desplaza verticalmente

6. • Las ondas longitudinales siempre son
mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo
típico de esta forma de movimiento ondulatorio.
• Las ondas transversales pueden ser
mecánicas ( ondas que se propagan a lo largo de
una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz
o las ondas de radio).
• Algunos movimientos ondulatorios
mecánicos, como los terremotos, son
combinaciones de movimientos
longitudinales y transversales, con lo que
se mueven de forma circular.

7. Elementos de una onda
transversal
Longitud de onda
Amplitud
Cresta
Valle

8. Elementos de una onda
transversal
• Valle: punto más bajo
de la onda
• Cresta: punto más
alto de la onda
•Longitud de onda:
distancia entre dos
crestas o valles
sucesivos.
•Amplitud: altura de la
cresta o del valle.

9. Elementos del movimiento
ondulatorio
• Frecuencia ( f ): Número de
oscilaciones por segundo.
– Se mide en hertzios (Hz)
– 1 Hz = una oscilación en un segundo
• Período ( T ): tiempo que tarda en tener
lugar una vibración completa.
• Por la propia definición, el período es el
inverso de la frecuencia (T = 1/f )
– Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia
de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0,25 s. (1/4
s.)

10. La frecuencia y el sonido
• El tono del sonido depende de la frecuencia.
• A frecuencias bajas corresponden tonos graves.
• A frecuencias altas corresponden tonos agudos.
• El timbre es la cualidad del sonido que permite
distinguir la misma nota producida por dos medios
de sonido diferente.
27 Hz 100 Hz 200 Hz 440 Hz 1000 Hz 3000 Hz

11. La frecuencia y el sonido
• Un sonido audible: Entre de 20 a 20000 Hz.
+ bajo de este valor: infrasónicas.
+ alto de este valor: ultrasónicas.
• Sonidos audibles, (Fisiológico-Común-Físico)
– Fuerza, tono, frecuencia.
– Calidad, timbre, forma de onda
• Los términos tomados desde el punto de vista de
la física son medibles y objetivos.

12. Mismo tono, diferente Timbre
• Nota Sol (440 Hz)

13. Frecuencia, conceptos
• Frecuencia natural: Frecuencia de la
vibración de las moléculas de cada material.
• Resonancia: Se iguala la frecuencia natural y
produce aumento en la amplitud.
• Reflexión: Eco.-
• Reverberación: Tiempo en que el sonido
sigue reflejándose hasta que decae.-

14. Elementos del movimiento
ondulatorio
• Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre
una onda desde el inicio hasta el final de una
oscilación.
• Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la
que se propaga.
– Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio
= velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de
onda = velocidad x período
– Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos
decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo
mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia
λ = v . T λ = v / f v = λ . f

15. Ejemplo
• La nota musical “A” es un sonido con una
frecuencia de 440 Hz. La longitud de onda
de una onda es de 78.4 cm. ¿Cuál es la
velocidad de una onda sonora?

16. El Sonido
• El Sonido se
propaga mediante
ondas
longitudinales.
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en
los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.
La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es
de 340 m/s
En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s
En el agua es de 1600 m/s
En la madera es de 3900 m/s
En el acero es de 5100 m/s

17. El sonido
• El sonido es una perturbación mecánica
con un movimiento real de átomos y
moléculas, por esa razón no se propaga en
el vacío.

18. Velocidad del sonido: alambre o
varilla
• La velocidad de onda está dada por:
Donde Y es el módulo de Young para el sólido y ρ es su densidad.
Esta relación es válida sólo para varillas cuyos diámetros son
pequeños en comparación con las longitudes de las ondas sonoras
longitudinales que se propagan a través de ellas.

19. • Las ondas longitudinales transmitidas en un
fluido tienen una velocidad que se
determina a partir de:
Velocidad del sonido: Fluido

20. • En un gas
• Pero, para un gas ideal:
• Por lo tanto, la velocidad de las ondas
longitudinales en un gas, partiendo de la
ecuación del fluido, está dada por:
R: constante
universal de los
gases = 8.31
J/mol.K
T: temperatura
absoluta del gas.
M: masa
molecular del gas

21. Ejemplos

22. Otro Ejemplo

23. INTENSIDAD DE UNA ONDA:
LA ENERGÍA SUMINISTRADA EN
UNA UNIDAD DE TIEMPO A UNA
UNIDAD DE SUPERFICIE DE FRENTE
DE ONDAS
POTENCIA SUMINISTRADA POR
UNIDAD DE SUPERFICIE
WatiosWsJ )()/(
t
E
P
tiempodeunidadpor
dasuministraEnergía
:emisor)(focoPOTENCIA
≡=
POTENCIA (FOCO EMISOR)
2
22
2
RelcondisminuyeondaunadeintensidadLa
:constanteespotencialaComo
)(W/m)·/(Unidades
4·
=
⋅
===
msJ
R
Potencia
área
Potencia
áreatiempo
Energía
I
π
CADA SUPERCIE ESFÉRICA TIENE DE ÁREA 4πR2,

24. En función de la Amplitud de la
presión
• En función de la Ap: Amplitud de la Presión (Pa),
ρ:la densidad (kg/m3
) y v:la velocidad de la onda
sonora (m/s) en el medio donde se propaga la
intensidad sonora es:
• A su vez la amplitud de la presión está dada por la
siguiente ecuación:
I =
Ap
2
2 ρ v
Ap= 2пfv ρAdesp
Adesp, es la Amplitud
del desplazamiento,
f: frecuencia

25. Umbral de audición
• La intensidad I0 del sonido audible apenas
perceptible es el orden de 10-12
W/m2
. Esta intensidad,
que se conoce como umbral de audición, ha sido
adoptada por expertos en acústica como la
intensidad mínima para que un sonido sea audible.
(frecuencia 1000 Hz)
I0 = 1 x 10-12
W/m2
• La intensidad máxima que el oído promedio puede
registrar sin sentir dolor. Su valor es:
1 W/m2

26. Nivel de Intensidad de un sonido
• El nivel de intensidad en decibeles de
cualquier sonido de intensidad I puede
calcularse a partir de la relación general.

27. Los decibeles
• Los decibeles son unidades en escala
logarítmica que sirven para representar la
intensidad sonora, en intervalos más
pequeños, Ejm. Mientras en términso de
intensidad sonora el umbra de audición
humano va desde 10-12
W/m2
a 1 W/m2
, en
decibeles va de 0 a 120 dB.

28. Ejemplo

29. Onda Estacionaria
Armónicos, Nodos (B), Antinodos (A)

30. Compresiones y Rarefacciones

31. Compresiones y Rarefacciones
• Regiones densas: en las que gran número
de moléculas se agrupan acercándose
mucho entre sí se llaman compresiones.
Una compresión corresponde a una región
de alta presión.
• Las regiones que tienen relativamente pocas
moléculas: se conocen como rarefacciones
y corresponden a zonas de baja presión

32. Nodos, antinodos, Compresiones,
Rarefacciones
• Nodo: Extremo Cerrado, No se dan
compresiones ni rarefacciones, partículas de
aire fijas.
• Antinodo: Extremo Abierto, Partículas de
aire oscilan sin impedimento, extremo libre
para las ondas sonoras

33. Longitud de la cuerda, longitud de
onda, frecuencia
• Longitud de onda:
λn=2L/n
• Frecuencia:
fn=nv/2L
n: número de nodos
L: longitud de la cuerda o tubo
v: velocidad del sonido en el aire

34. Ejemplo de Aplicación
• En los instrumentos musicales “de viento”
se denomina soprano a aquel que tiene
frecuencia fundamental más alta. Y “bajo”
al que la tiene más baja, por ejemplo un
clarinete soprano tiene una longitud
fundamental f1=146 Hz, mientras que la del
clarinete bajo f1’=78 Hz. Encuentre la
longitud aproximada de estos instrumentos.

35. Solución
• Clarinete soprano • Clarinete bajo
mL
x
L
f
v
L
s
s
m
6,0
1464
344
4
1
1
=
=
=
mL
x
L
f
v
L
s
s
m
10,1'
784
344
'
'4
'
1
1
=
=
=

36. Ejemplo
• Chihuahua, cavidad
bucal menor , ladrido,
agudo
• San Bernardo, cavidad
bucal mayor , ladrido,
grave

37. Física del Habla
Epiglotis
Cuerdas vocales

38. Física del Habla
• En la respiración, las cuerdas bucales
permanecen abiertas, dejando libre el paso del
aire.
• Durante la fonación, las cuerdas vocales se
cierran y vibran por efecto de la presión del aire
infraglótico contra la glotis.

39. Ejercicio de Aplicación
• A un individuo se le hace inhalar primero
Helio y pasado un rato Xenón. Con el gas
en la boca se le pide que hable con
Normalidad, pero nota un cambio notable
en su voz en ambos casos. ¿Cómo suena la
voz de este individuo al hablar después de
haber inhalado cada uno de estos gases.?
VHe=1007 m/s y Vxe=161 m/s

40. Solución Helio
96,2
340
1007
===
s
m
s
m
aire
He
aire
He
v
v
f
f
λ
λ
¡VOZ CASI TRES VECES MÁS
AGUDA!

41. Solución Xenón
47,0
340
161
===
s
m
s
m
aire
Xe
aire
Xe
v
v
f
f
λ
λ
¡VOZ CASI DOS VECES MÁS
GRAVE!

42. Física del Oído Medio

43. Mecanismo de la Audición
 El sonido llega a través del oído externo al tímpano.
Este actúa como una membrana de un tambor y
transmite la vibración a una cadena de Huesecillos –
martillo, yunque y estribo-que se encargan de
amplificarla 15 veces más, antes de llegar a la
ventana oval, en contacto con la cóclea o caracol.
que se llena de un líquido llamado perilinfa. Las
vibraciones se propagan a través de la membrana
basilar y la perilinfa, y son captadas por múltiples
terminaciones nerviosas y envían la información al
cerebro a través del nervio auditivo.

44. Reflexión de ondas sonoras
Izq: medio de alta densidad a baja densidad
Der: medio de baja densidad a alta densidad

45. Reflexión de Ondas sonoras
• El sonido que llega a la interfaz entre dos
medios, se refleja en parte y en parte se
transmite:
• Ai,r=Amplitudes incidente y reflejada.
ir A
vv
vv
A
1122
1122
ρρ
ρρ
+
−
=

46. Reflexión y refracción de ondas

47. Relación de Intensidades
22
114
v
v
I
I
i
t
ρ
ρ
=

48. Ejemplo de Aplicación
• Calcúlese qué porcentaje de la intensidad de
una onda incidente desde el aire (v=344
m/s; ρ=1,3 kg/m3
) se transmite a través de la
superficie de Agua. (v=1500 m/s; ρ=1000
kg/m3
)

49. Solución
3
22
11
102,1
15001000
3443,144 −
=== x
x
xx
v
v
I
I
i
t
ρ
ρ
En porcentaje sería el 0,1%

50. • Esta es la razón por la cual los aparatos de
ultrasonido, se aplican directamente sobre las
estructuras a estudiar, evitando el contacto con el
aire.
• Aplicaciones médicas: se utiliza un fluido para
facilitar transmitir los ultrasonidos cuya
velocidad y densidad son parecidas a la de los
tejidos blandos.

51. Difracción de Ondas

52. • Cuando la longitud de onda es del orden de
la anchura del orificio, se produce
difracción importante, el sonido audible
presenta una gama comprendida entre los
valores 17,2 m. hasta 1,72 cm.
• La mayor parte de sonidos audibles sufren
difracción con anchura del orden del metro.

53. Efecto Doppler

54. • La onda C es una superposición de ondas A
y B.
• El cambio en la frecuencia del sonido que
resulta del movimiento relativo entre una
fuente y un oyente se denomina efecto
Doppler

55. Ecuación general efecto Doppler
• Receptor y emisor móvil
fr=
v ± vr
v ± ve
(numerador: receptor: (+) se acerca; ( -) se aleja del
emisor
fe

56. Efecto doppler en medicina

57. Medición de flujo arterial
 Para medir el flujo arterial se usa un transductor
que emite y puede recibir ultrasonidos, que son
reflejados por los eritrocitos en el torrente
sanguíneo.
 Para usar una técnica y hacerse una idea del
movimiento del vaso y del movimiento en su
interior, el transductor se coloca formando un
pequeño ángulo , lo más pequeño posible, en laϕ
dirección del flujo.

58. Ecuación
 ft'=frecuencia del receptor
(que rebota al transductor)
 ft=frecuencia del
transductor
 Δf: frecuencia de
corrimiento
 ve=Velocidad del emisor
(velocidad media de la
sangre que circula en un
vaso sanguíneo)
 v= velocidad del sonido
en la sangre.
 =1ϕ
t
e
t
e
t
tt
t
f
v
v
f
v
v
f
ff
f
f






+=
=
−
=
∆
φ
φ
cos2
1'
cos2'

59. ondas de choque
• Las frecuencias y
longitudes de onda
delante y detrás de
la fuente en
movimiento son
reportadas al mismo
tiempo.

60. Litotricia
 Unos pulsos eléctricos de alto voltaje y corta duración
producen ondas de choque que se transmiten a través de un
baño de agua en contacto con el paciente. (Hoy en día se ha
mejorado el sistema y mediante un acoplador almohadillado
de silicona ya no es necesario sumergir al paciente en agua)
 Los tejidos blandos se deforman fácilmente al paso de la
onda, pero las frecuencias empleadas y la alta energía que
transmiten hace posible desmenuzar los cálculos. (litiasis)

61. Litotritor