El so. 2n Batxillerat

  • Published on
    19-Jun-2015

  • View
    2.524

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Una presentaci per alumnes de segon de batxillerat sobre el fenmen ondulatori del so.

Transcript

  • 1. TEMA-3. EL SO. 1.Naturalesa del so 2.Velocitat del so 3.Propietats de les ones. 4.Percepci del so. 5.Qualitats del so. 6.Efecte Doppler. 7.Tubs sonors. 8.Pulsacions o batecs 9.Ressonncia acstica. 10.Absorci del so.

2. 1.Naturalesa del so.

  • Lestudi del so comprn tres aspectes:
    • Generaci.
    • Propagaci
    • Percepci

1.a.Fonts sonores Les fonts sonores que observem a la naturalesa sn objectes vibrants.Quan la seua vibraci cessa sextingeix el so. 3. 1.Naturalesa del so. 1.b.Propagaci. Quan un cos vibra immers dinslaire produeix compressions i enrariments posant en moviment les partcules que el circumden. Aquest moviment es propaga grcies al xoc de les partcules daire que transmeten el so. A la segent simulaci saprecia b a que hem comentat. Simulaci 4. 2.Velocitat del so. Les ones sonores com a ona mecnica, necessiten un medi on propagar-se. La seua velocitat depn de lestat del medi. 2.a.Velocitat del so en gasos. La velocitat depn molt de la P i la T , ja quequan major siguen ms rpidament xoquen les partcules del gas facilitant la propagaci. Es pot calcular tericament la velocitat del so en un gas a travs de lexpressi: On: coeficient adiabtic (1,4 en laire); R: constant dels gasos ideals ; T : Temperatura Kelvin i M: massa molar en (Kg/mol) 2.b.Velocitat del so en slids En els slids el so es propaga amb major velocitat que en els gasos i lquds, perqu les molcules del slids estan molt juntesi a els permet reaccionar rpidament davant la pertorbaci. 5. 2.Velocitat del so. Pot calcular-se aproximadament la velocitat en un slid a travs de lexpressi terica: On J: Mdul delasticitat de Young ; : densitat del slid. 2.c.Velocitat en lquids. En els lquids la `velocitat s major que en els gasos pr menor que en els slids. A ms quan el so passa de laire a laigua la prdua per reflexi es xicoteta.On B: Mdul de compressibilitat del lquid ; : densitat del slid. 6. 3.Propietats de les ones sonores.

  • El so s un tipus de moviment ondulatori i per tant presenta les mateixes propietats que qualsevol ona.
    • Reflexi.
    • Refracci.
    • Interferncia

3.a.Reflexi. Quan una ona sonora troba un obstacle de grans dimensions pateixreflexii dna lloc al fenomen de l ecooress . Perqu loda humana perceba ntidament dos sons consecutius ha de transcrrer entre larribada dun i laltre almenys 0,1 s(1 dcima de segon). La distncia mnima a qu hem de situar lobstacle per observar eco s de 17 metres 7. 3.Propietats de les ones sonores. Quan en un local el so reflectit per les parets no sesmorteix i rebota successivament acaba per oir-se amb una mica de retard, mesclant-se en els sons no retardats. A es coneix com aREVERBERACI . Per evitar la reverberaci cal collocar mobles i cortinatges que eviten els rebots del so i labsorbeixquen. 3.b.Refracci. Es produeix quan una ona sonora passa dun medi a un altre de velocitat de propagaci diferent, canviant de direcci. 8. 3.Propietats de les ones sonores. 3.c.Interferncia dones sonores. E tracta dun fenomen molt habitual per s possible observar-ho en algunes situacions. 3.c.1.El diapas. Quan colpegem el diapas i ens lacostem a loda i el girem lentament observem que hi ha posicions en qu el so sanulla com a resultat de lainterferncia destructivadel so ems per cada lmina que actuen com a dos focus emissors. 3.c.2.Aparell de Quincke. El so ems per la font en una obertura es divideix en dos fronts que vitagen per trajectes diferents, un fixe i un altre mbil. Movent el bra mbil podem aconseguir trobar posicions on el so sextingeix ( interferncia destructiva ) . La distncia entre dos posicions consecutives danullaci del so s /2 9. 4.Percepci del so. Per detectar un so sols necessitem un objecte que vibre quan sobre ell incideix lona sonora i transforme aquestes vibracions mecniques en senyals elctriques o nervioses. Lorgan responsable de la percepci del so en els humans s l oda humana , que capta, amplifica i genera els senyals nerviosos perqu el cervell linterprete.

  • 4.a.Estructura de loda humana
  • Presenta 3 parts:
  • Oda externa. Pavell auditiu, canal auditiu i timp. Recullen les ones sonores i les canalitzen altimp .Aquesta s una xicoteta membrana que vibra quan incideixen sobre ella les ones sonores
  • Oda mitjana. Formada per tres ossets encadenats (martell, enclusa i estrep). Amplifica el so unes 50 vegades). El moviment del timp s recollit pel martell que mou el conjunt dossets i lestrep aplica la vibraci amplificada sobre loda interna a travs de lafinestra oval .

10.

  • Oda interna. Formada pel caragol que s un tub enrotllat ple dun lquid amb una membrana interna que el divideix en dues parts anomenadamembrana basilar . Sobre la membrana basilar shi troben cellules nervioses responsable de detectar el so. Cada so en funci de la seua freqncia estimula una part de la membrana i daquesta forma el cervell pot diferenciar els son de distinta freqncia.

4.Percepci del so. 11. 5.Qualitats del so.

  • El so presenta tres qualitats subjectives que tenen una explicaci o relaci fsica:
    • Intensitat.:Est relacionat amb lenergia de les ones, s a dir en lamplitud de vibraci de les partcules.
    • To. Est relacionat amb la freqncia del so.
    • Timbre:Est relaciona amb la forma de lona. Permet identificar la font emissora perqu aquesta t una composici delsharmnicspeculiar per a cada font.

5.a.Sensaci sonora. Aquest concepte fa referncia a la percepci subjectiva de la intensitat dun so.Dos sons digual intensitat per diferent freqncia sn percebuts amb diferentsensaci sonora .Dos sons digual freqncia per un amb major intensitat que laltre s percebut amb majorsensaci sonorael ms intens. La sensaci sonora fa refrncia a com interpreta el cervell un so i sha observat que lasensaci sonoraque interpreta el cervell no depn linealment de laintensitat de lona . 12. Loda percep un ampli ventall dintensitats de so grcies a que no interpreta la sensaci sonora linelament amb la intensitat. De fet loda s capa de percebreincrements xicotets en sons dbils,per per a percebre increments en sons forts cal un increment de la intensitat del so molt gran. Loda pot percebre sons dintensitats compreses entre 10 -12w/m 2fins a 1 w/m 2 5.Qualitats del so. Elnivell dintensitat sonoraduna ona sonora dintensitat I es defineix com: =10.log I/I 0 on I o = 10 -12w/m 2.es mesura en decibel (dB) 13. 6.Efecte Doppler.

  • Es coneix amb aquest nom elcanvi en la freqncia del soque s percebut per un observador degut al
    • Moviment de la font respecte lobservador.
    • Moviment de lobservador respecte la font.
    • Moviment simultani de la font i de lobservador.

6.a.Font en moviment i observador en reps. Quan la font esmou cap a lobservador els fronts dona que percep lobservador tenen disminuda la seua distncia, i per tant la freqncia del so ser major que si la font no es mou Simulaci 14. 6.Efecte Doppler. 6.b.Font en reps i observador en moviment. Quan s lobservador qui esmou cap a la font els fronts dona que percep lobservador tenen la mateixa distncia, per com la velocitat del so relativa a lobservador s major, la freqncia del so ser major que si lobservador no es mou. 15. 7.Tubs sonors. Als instruments de corda es generava una ona estacionria en la corda que transmetia la vibraci a laire circumdant generant el so. En canvi als instruments de vent les ones estacionries es generen directament a laire. Per aconseguir lemissi dun so en un tub sonor es fa vibrar laire b amb els llavis o b amb una lmina vibrant. La longitud i forma del tub selecciona la freqncia del so generat. 7.a.Tub obert per un extrem. En aquest cas hi ha un extrem , el tancat, on les partcules daire no poden moures i ah hi ha unnode de desplaament , encara que la pressi hi s mxima i tenim unventre de pressi `.A lextrem obert les partcules poden moures lliurement i hi ha unventre de desplaament . Si fem que en x=L hi haja un ventre podem deduir quines longituds dona hi sn estacionries. 16. 7.Tubs sonors. X n =(2n+1) ./4i fent x n =L sols hi ha una srie de nque sn estacionries L=(2n+1) . n/4i aleshores les n = 4 L /(2n+1)Observeu quen es correspon amb el nombre de ventres 17. 7.Tubs sonors. 7.b.Tub obert pels dos costats. En aquest cas hi ha ventres en ambds costats, per a diferncia del cas anterior lona estacionria no es genera per reflexi duna incident, i en conseqncia les posicions dels ventres no obeixen la mateixa expressi. Aquesta situacis semblant a la corda subjecta per dos extremson en x=L hi ha un node iL= n n /2 don n= 2L / n 18. 8.Pulsacions o batements . Quan se superposen ones digual amplitud i freqncia diferent per prxima, aleshores sobserva un fenomen anomenatpulsacions o batecs , que es caracteritzen perqu el socreix i decreix. Per entendre millor el que succeeiex observemlanimanci en Excel segent: Podem deduir lequaci del moviment ondulatori resultant si escrivim les dues ones com: y=y 1 +y 2= A sin( 1t - k 1 x)+A sin( 2t - k 2 x)y=2 A cos( ( 2- 1).t/2 - (k 2- k 1 ).x/2) . sin ( 2+ 1 ).t/2- (k 1+ k 2 ).x/2)

  • Com a conclusi podem concloure que:
  • La superposici dna un so de freqncia ona =( 2+ 1 )/2.
  • Lamplitud deixe so puja i baixa amb una freqncia que s igual pulsacions = 2- 1

Animaci 19. 9.Ressonncia acstica. Si en la boca dun tub apliquem una font sonora duna determinada freqncia, les ones que es dirigeixen cap al tub es reflectiran al fons del tub i interferiran amb les que procedeixen de la font.Si la longitud del tub s ladequada sobserva un refor del so, degut a que la superposici dna una ona estacionria que en comptes dextingir-se o reduir-se com a conseqncia de la interferncia augmenta la seua energia. Aix doncs, si apliquem un font sonora a un tub , duna frqncia que siga igual a la de qualsevol ona estacionria que all shi puga generar es dna un fenomen anomenatressonncia . 9.a.Ressonnica en tubs oberts per ambds costats. Si tenimun tub obert pels dos costats les longituds del tub que donaranressonnciaseran aquelles per a les que lona hi siga estacionria s a dir per a n= 2L / n 20. 9.Ressonncia acstica. 9.b.Ressonnica en tancat per un costat. Si tenim un tub tancat per un costat les longituds del tub que donaranressonnciaseran aquelles per a les que lona hi siga estacionria s a dir per a n = 4 L /(2n+1) 21. 10.Absorci del so.

  • Fins ara hem estat suposant que les ones sols diminuen la seua energia peratenuaci , s a dir que el medi no absorbia energia de lona.
  • En general aix no passa i el que observem normalment s que les ones sextingeixen ms rpidament del que correspondria al fenomen datenuaci. A es deu al fenomen d absorcien qu el medi per on es propaga absorbeix part de lenergia que propaga lona.
  • Anem a deduir una expressi fenomenolgica per a labsorci.
  • Labsorci depn essencialment de:
    • Les caracterstiques del medi.
    • La distncia que avana lona per dins del medi. A major distncia major absorci
  • Considerant ones planes (que no pateixen atenuaci), si tenim una dintensitat I la intensitat quan haja penetrat una profunditat dx ser I-dI
  • Per dI deu ser proporcional a:
    • I
    • Un coeficient dabsorci del medi ( ).
    • La profunditat

I dx I-dI 22. 10.Absorci del so. Aleshores podem escriure: dI= -I. .dx Resolent lequaci diferencial per separaci: Aquesta expressi es coneix com a llei de Beer o de Bouguer.