Sonido y Luz - Apuntes 1212 PDF

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INANDINA VILLAVICENCIO – META RES. 5630 DE 08 – NOVIEMBRE – 2011 GUIA ACADEMICA – Sonido y Luz Física Grado 11 LIC. JEISSON HERNANDEZ

Nombre(s) y Apellido(s):

El sonido es la sensación que se produce en nuestro oído por la vibración de un cuerpo. Esta vibración se propaga por un medio físico (gaseoso como el aire, líquido como el agua, o sólido como la madera o el metal) en forma de onda sonora. En el aire el sonido se propaga a una velocidad de 340 m/s, es decir, en un segundo el sonido recorre 340 metros. El sonido, cuando se encuentra con un obstáculo (como una pared) rebota y se refleja, llegando de nuevo al emisor

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CUALIDADES DEL SONIDO Como ya sabes en el sonido podemos distinguir cuatro características o cualidades: • Altura o tono: que nos indica si es agudo o grave (ver video) https://www.youtube.com/watch?time_continue=196&v=lsBx9rUzzR4&feature=emb_logo)

• Duración: que nos indica si es largo o corto • Intensidad: que nos indica si es fuerte o suave. A mayor amplitud el sonido es más fuerte y viceversa. El oído humano sólo puede escuchar un rango de decibelios: entre 10 y 120 dB. A los 10 dB se le denomina "Umbral de audibilidad" por ser la intensidad menor a partir de la cual podemos percibir el sonido. A los 120 dB se le denomina "Umbral del dolor" porque a partir de esa intensidad el sonido puede provocarnos dolor e incluso daños graves en el oído. • Timbre: que nos indica o identifica el cuerpo que suena, es decir, el objeto que está sonando (sea un objeto o un instrumento o la voz de una persona) Actividad 1. Defina con sus propias palabras - Reverberación - Eco - Resonancia - Silencio - Interferencia 2. Escriba 10 ejemplos cotidianos de sonido agudo y grave 3. Que significa Umbral de audibilidad y umbral del dolor y 5 ejemplos de cada una. 4. ¿Cuándo una persona grita, de que cualidad estamos hablando? 5. En un coro (banda musical), no se puede distinguir la voz de un determinado integrante. ¿Qué puedes decir acerca del tono, intensidad y timbre de las voces de los participantes? 6. Al producir dos veces la misma nota en una guitarra al pulsar la misma cuerda cada vez con diferente intensidad, ¿Será que encontramos alguna diferencia entre los dos sonidos producidos?, ¿Por qué?

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7. Si en lugar de utilizar una guitarra, utilizamos además una flauta y producimos la misma nota, con los dos instrumentos, ¿Encontramos alguna diferencia entre los sonidos producidos? Aplicaciones del sonido en la cotidianidad En Medicina: Uno de los usos más importantes del sonido en la medicina son las pruebas de ultrasonido. Estas pruebas son técnicas de diagnóstico no-invasivas que usan ondas de sonido de alta frecuencia y computadoras para crear imágenes de vasos sanguíneos, tejidos, y órganos. Los ultrasonidos se usan para ver los órganos internos en funcionamiento y para evaluar el flujo de sangre a través de varios vasos sanguíneos. Estas pruebas son comunes en las mujeres embarazadas pues se usan para descubrir muchas anormalidades estructurales y funcionales en el feto. Los ultrasonidos también pueden ayudar al descubrimiento de enfermedades del corazón, tumores, piedras del riñón, y otros desórdenes. En la Industria: El ultrasonido también es usado por muchas industrias en una gran variedad de aplicaciones, tal como la determinación del espesor de paredes de metal o de cañerías de plástico. Los ingenieros estructurales usan el ultrasonido para evaluar el estado de edificios y otras estructuras después de eventos sísmicos significativos. Los geofísicos usan ondas sonoras en la exploración por minerales y petróleo y para localizar minerales y formaciones rocosas. En el Ámbito Militar: Una de las aplicaciones principales del sonido en el ámbito militar es el Sonar. El sonar es un dispositivo capaz de localizar naves enemigas y obstáculos bajo el agua a través del uso de ultrasonido. El sonar opera con las ondas acústicas de un modo análogo a como el radar y otros equipos de localización de radio operan con las olas electromagnéticas, incluyendo el uso del Efecto Doppler, el componente radial de la medida de velocidad, y la triangulación. En Aparatos Electrónicos: Los principios científicos del sonido son aplicados en una variedad de aparatos electrónicos de venta al consumidor. Es difícil imaginarnos nuestra vida sin el beneficio de la tecnología del sonido. Nosotros usamos los principios del sonido en nuestro teléfono celular, en las películas, en nuestro teléfono regular, en C.D.’ s y

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en archivos de mp3, cuando miramos la televisión, en las cámaras video, en los micrófonos, e incluso en los audífonos utilizados para personas con problemas auditivos. Actividad 1. Aparte de las mencionadas anteriormente, consulte más aplicaciones del sonido en la cotidianidad (mínimo 15). Explique cada una. 2. ¿Qué es el Efecto Doppler? 3. Explique los 8 casos que se dan en el Efecto Doppler

Refracción de la Luz La refracción sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos.

El índice de refracción, 𝑛, es un número adimensional que caracteriza a un medio transparente, y de define por:

𝑛=

𝐶 𝑉

Donde 𝐶 es la velocidad de la luz en el aire es 3𝑥108 𝑚/𝑠 , y 𝑉 la velocidad de la luz en el medio.

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Por ejemplo, Un rayo de luz incide sobre la superficie de un cristal. Sabiendo que el vidrio tiene un índice de refracción de 1,53. Calcular: La velocidad de propagación de la luz en el vidrio. 𝑐 𝑛= 𝑣 Se despeja V en la ecuación, quedado así: 𝑣=

𝑐 𝑛

Se reemplaza y se resuelve 𝑣=

3𝑥108 𝑚/𝑠 1,53 8

𝑣 = 1,96𝑥10 𝑚/𝑠

Ley de Snell, Fue descubierta experimentalmente por Willebrod Snell en 1621. Esta Ley establece que: 1. El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano 2. La relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción viene dado por la siguiente expresión:

A continuación, algunos materiales con su respectivo índice de refracción

Tabla índice de refracción

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Por ejemplo, Un rayo de luz incide con 45º y pasa desde el aire al agua. Calcular el ángulo de refracción. Solución: Primero se sacan los datos de los dos medios. Los valores de 𝑛1 𝑦 𝑛2 , se sacan de la tabla de índices de refracción

MEDIO 1 (AIRE)

MEDIO 2 (AGUA)

𝑛1 = 1,00

𝑛2 = 1,33

𝜃1 = 45º

𝜃2 =?

Luego, se reemplaza en la ecuación 𝑛1 ∙ 𝑆𝑒𝑛𝜃1 = 𝑛2 ∙ 𝑆𝑒𝑛𝜃2 , quedando así: 1,00 ∙ 𝑆𝑒𝑛45º = 1,33 ∙ 𝑆𝑒𝑛𝜃2

Se despeja la variable 1,00 ∙ 𝑆𝑒𝑛45º = 𝑆𝑒𝑛𝜃2 1,33 0,53 = 𝑆𝑒𝑛𝜃2

Para despejar una ecuación trigonométrica, se aplica el inverso así: 𝜃2 = 𝑆𝑒𝑛 −1 (0,53) 𝜃2 = 32º Por lo tanto, el ángulo de refracción es de 32º.

Reflexión de la Luz La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial.

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Ley de la reflexión En una reflexión total o reflexión especular el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Esta Ley establece que: 1. El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano 2. El ángulo incidente es igual al ángulo reflejado, viene dado por la siguiente expresión:

𝜃𝑖 = 𝜃𝑟 Trazado del Rayo

Notar la relación entre el punto B (donde el rayo es reflejado) y el punto B’ (donde el rayo iría si el espejo no estuviese ahí).

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Actividad Resuelva los siguientes ejercicios con su respectivo procedimiento 1. Sabiendo que la velocidad de la luz en el agua es de 225000 km/s y de 124481 km/s en el diamante. Hallar los índices de refracción en el agua y en el diamante. 2. Los índices de refracción del alcohol y del benceno, son 1,36 y 1,50 respectivamente. Hallar la velocidad de propagación de cada una. 3. Calcule la velocidad de la luz en un aceite que tiene un índice de refracción de 1,4. 4. Elabore una tabla de 15 materiales con su respectivo índice de refracción diferentes a los que están en a guía. 5. Un rayo de luz incide con 45º y pasa de un medio de índice de refracción de n = 1,55 a otro al agua. Calcular el ángulo de refracción. 6. Una capa de aceite flota sobre el agua, un rayo de luz penetra con un ángulo incidente de 40º formando un ángulo refractado de 41,8º. Encuentre el índice de refracción del aceite. 7. Una capa de aceite flota sobre el agua. Un rayo de luz penetra dentro del aceite con un ángulo incidente de 40°. Encuéntrese el ángulo que el rayo hace en el agua. 8. Si el medio 1 es vidrio y el medio 2 alcohol etílico. Para un ángulo de incidencia de 30°, determine el ángulo de refracción. 9. En un experimento para determinar el índice de refracción de un vidrio se hacen llegar rayos incidentes a una superficie plana desde el aire al vidrio. Para un ángulo de incidencia de 25º varias alumnas han determinado los siguientes ángulos de refracción: Alumna Ángulo Refracción

1

2

3

4

5

6

7

17,1

17,2

16,7

17,2

16,9

17,7

16,9

Determine el valor promedio para el índice de refracción del vidrio . 10. ¿Qué es la dispersión de la Luz? Realice un grafico donde se evidencie dispersión de la Luz.

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Recursos https://www.youtube.com/watch?v=NbunQfg0SAM https://www.youtube.com/watch?v=k-KIPLgeMko https://www.youtube.com/watch?v=pcIuogGW0FM https://www.youtube.com/watch?v=sYQnerUNibc https://www.youtube.com/watch?v=5lxnKj2v66Q

NOTA: Los estudiantes de inclusión (que poseen alguna discapacidad) deberán realizar en el cuaderno la transcripción de la parte teórica. Todos los estudiantes deberán enviar los trabajos al correo electrónico [email protected]

Contacto Docente. Jeisson Hernández - 3142462071...