Ondas de presión

Published On Sep-05-2018

Transcripción

Un juego simple y quizás divertido para un niño es inflar una bolsa construida con papel, cerrar el extremo abierto y luego presionarla con fuerza para que explote. Esta pequeña explosión le divierte sobre todo si toma por sorpresa a alguien en su entorno. Por otra parte, una forma de llamar al perrito de la casa o reproducir una melodía de nuestro gusto, o quizás llamar la atención de un amigo, es mediante un silbido. Ahora, ¿qué tienen en común estas dos acciones?

Si las analizamos con atención, vemos que en el primer caso tuvimos que ejercer una sobrepresión repentina sobre la bolsa de papel y para silbar tenemos que soplar haciendo presión sobre el aire que sale por nuestra boca, la cual está dispuesta de cierta manera. En ambos casos se produce un sonido.

Figura 3.5. Persona explotando una bolsa de papel y niño silbando

Para que se produzca el sonido es necesario cambiar o perturbar repentinamente el aire mediante presión, como ocurre en los casos mencionados, o al soplar un silbato de árbitro.

Una forma de producir perturbaciones sonoras u ondas de sonido es accionando un pistón dentro de un cilindro de forma repetida con un movimiento de vaivén.

Figura 3.6. Onda sonora por un movimiento de vaivén

El aire se comprime momentáneamente en la zona cercana al pistón y luego se descomprime o enrarece al retroceder el pistón, variando de esta manera la presión estática del aire. La perturbación se propaga a lo largo del tubo como zonas comprimidas y enrarecidas viajando a lo largo del tubo como una onda. La frecuencia de la onda de presión depende de la frecuencia de acción del pistón, si el pistón oscila con un movimiento armónico simple, de la siguiente forma.

Figura 3.7. Onda viajera longitudinal

Donde representa el máximo desplazamiento de una determinada masa de aire y el desplazamiento de esa masa en un instante , como se muestra en la siguiente figura:

Figura 3.8.

Las partículas de aire al lado del pistón se hacen oscilar con un movimiento armónico simple y esa oscilación se transmite como una onda sobre el aire quieto del tubo.

Figura 3.9. Onda viajera de presión

La onda de presión será una onda viajera y tendrá una forma de seno llamada “función armónica”, expresada matemáticamente por la ecuación:

Figura 3.10. Forma matemática de la onda

Donde ∆p(x,t) representa las variaciones de presión respecto a la presión estática del aire a una distancia x y en un instante de tiempo t, 〖∆p〗_0 la variación de presión máxima ejercida por el pistón, k=2π/λ donde λ es la longitud de onda y ω=2πf.

Figura 3.11. Representación gráfica de la presión

Debido a que la perturbación ocurre a lo largo de la dirección de propagación, la onda de presión es una onda longitudinal.

Hemos aprendido que el sonido es una perturbación de la presión normal del aire. Si se hace de forma repetida, se transforma en una onda propagada en el aire debido a su elasticidad. Hemos visto, además, que en una onda viajera armónica, la presión varía armónicamente alrededor de la presión estática del aire.

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