MOVIMIENTO VIBRATORIO

1. MOVIMIENTO VIBRATORIO Ondas, sonido, electromagnetismo (radiaciones)

2. El movimiento ondulatorio • El movimiento ondulatorio es el proceso por el cual se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas. Cuando estas ondas necesitan un medio material, se llaman ondas mecánicas.

3. LAS ONDAS • Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante.

4. Según la dirección de propagación, clasificamos las ondas en dos tipos: • Ondas longitudinales: • Donde la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio. De este tipo son las ondas sonoras.

5. Perturbación longitudinal Ref:http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/OndasTransyLong.html

6. Ondas transversales:Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Por ejemplo, las ondas sobre la superficie del agua. 

7. Perturbación Transversal Ref:http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/OndasTransyLong.html

8. LA NATURALEZA DEL SONIDO • El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. Los conceptos generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los fenómenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las características del comportamiento ondulatorio.

9. El sonido y su propagación Las ondas sonoras se producen como consecuencia de una compresión del medio a lo largo de la dirección de propagación. Son, por tanto, ondas longitudinales.

10. Sonido físico y sensación sonora • No todas las ondas sonoras pueden ser percibidas por el oído humano, el cual es sensible únicamente a aquellas cuya frecuencia está comprendida entre los 20 y los 20 000 Hz. En el aire dichos valores extremos corresponden a longitudes de onda que van desde 16 metros hasta 1,6 centímetros respectivamente. En general se trata de ondas de pequeña amplitud.

11. Cualidades del sonidoIntensidad • La intensidad del sonido percibido, o propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil, está relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.

12. Intensidad: • Se define como la energía que atraviesa por segundo una superficie unidad dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación. Equivale a una potencia por unidad de superficie y se expresa en W/m2. La intensidad de una onda sonora es proporcional al cuadrado de su frecuencia y al cuadrado de su amplitud y disminuye con la distancia al foco.

14. Tono: El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Así el sonido más grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y el más agudo a 698,5 hertz

16. Timbre • El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo.

17. El timbre está relacionado con la complejidad de las ondas sonoras que llegan al oído. Pocas veces las ondas sonoras corresponden a sonidos puros, sólo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armónica. Los instrumentos musicales, por el contrario, dan lugar a un sonido más rico que resulta de vibraciones complejas. Cada vibración compleja puede considerarse compuesta por una serie de vibraciones armónico simples de una frecuencia y de una amplitud determinadas, cada una de las cuales, si se considerara separadamente, daría lugar a un sonido puro. Esta mezcla de tonos parciales es característica de cada instrumento y define su timbre. Debido a la analogía existente entre el mundo de la luz y el del sonido, al timbre se le denomina también color del tono.

19. Caracterizando una onda • Amplitud (A) • La amplitud es el grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda. Esta corresponde, en términos musicales, a aquello que llamamos intensidad. Cuanto más grande es la amplitud de la onda, más intensamente golpean las moléculas en el tímpano y más fuerte es el sonido percibido. La amplitud mínima para que un sonido sea percibido por una persona se llama linde de audición. Cuando la amplitud aumenta, llega un momento en que produce molestias en el tímpano, a eso se le llama linde del dolor

20. Periodo (T) • Es el tiempo que le toma a una oscilación repetirse de la misma forma, es decir es el tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa.

21. Frecuencia (f) • Se llama frecuencia al número de oscilaciones por unidad de tiempo. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia: T = 1/f. 

22. Longitud de onda • La frecuencia, juntamente con la velocidad de propagación del sonido ( v ) está relacionada con la longitud de onda ( l ), que es el espacio que recorre una onda del inicio al final de una oscilación completa. • La longitud de onda se obtiene a partir de la fórmula: espacio=velocidad · tiempo. Cuando hablamos de una vibración armónica, longitud de onda=velocidad de transmisión · período, es decir:

24. Gráficamente

25. Relación entre Intensidad y decibeles • Según Fechner y Weber la sensación subjetiva de la intensidad es proporcional al logaritmo de la intensidad según la forma: • n = 10 log I/I0 : es el nivel de la sonoridad I0 es el valor de la intensidad umbral que percibe el oido humano, que es de 10 -12 W/m2, equivalente a 2 * 104 bar de presión sonora.

26. El decibelio se utiliza como referencia, está referido a un nivel de referencia predeterminado. Se utiliza para expresar ganancias o relaciones de potencia. • db = 10 log Po/Pi • Pi = Potencia de Entrada • Po = Potencia de Salida.

27. Con todos estos datos podemos crear una tabla aproximada para ver la magnitud de todos estos valores.

28. Respecto de la audición. • Las vibraciones del aire mueven el tímpano, estas vibraciones se transmiten por la cadena de huesecillos hacia la perilinfa de la rampa vestibular. La cadena de huesecillos es necesaria por el siguiente motivo: El líquido tiene más inercia que el aire, por lo que las vibraciones de las moléculas del aire no tienen suficiente fuerza para mover las moléculas de la perilinfa. La cadena de huesecillos recoge la fuerza de las vibraciones en el tímpano y la transmite a la ventana oval, Como el tímpano tiene un área mucho mayor que la membrana oval, toda la presión recogida en el tímpano se concentra en un área menor y esto multiplica la fuerza, que de esta manera sí puede mover las moléculas del líquido. Así, las vibraciones del aire se transmiten a la perilinfa.

30. Cada vez que la cadena de huesecillos se mueve, el estribo presiona en la membrana oval, y entoces aumenta la presión en la perilinfa de la escala vestibular. Este aumento de presión desplaza la membrana basilar de la cóclea hacia abajo. De esta manera, las ondas de sonido producen oscilaciones de la membrana basilar hacia arriba y hacia abajo, y esta oscilación se propaga a lo largo del caracol. Esta onda en la membrana basilar es parecida a la que se produce en una cuerda si cogemos un extremo y lo sacudimos hacia arriba y hacia abajo.

31. . Si la frecuencia del sonido es alta (sonidos agudos) esta onda es más marcada en la base (cerca de la ventana oval) y se amortigua al avanzar por el caracol hacia el ápice, en cambio si la frecuencia es baja (sonidos graves) esta onda se va haciendo más marcada al avanzar por el caracol. El motivo es que la cerca de la base del caracol la membrana basilar es estrecha y vibra más fácilmente a frecuencias altas, igual que en un piano las cuerdas más cortas vibran a frecuencias más altas. Así, cada frecuencia del sonido hace oscilar la membrana basilar de forma máxima en un punto del caracol, las frecuencias agudas cerca de la base y las graves cerca del ápice.

33. Cuando en cada oscilarción la membrana basal se mueve hacia arriba hace que la membrana tectoria empuje los estereocilios de las células ciliadas hacia el quinocilio, con lo que estas células se depolarizan. Cuando la membrana basal se mueve hacia abajo, los esterocilios se mueven en la dirección contraria y las células ciliadas se hiperpolarizan. • Las células ciliadas internas tienen conexiones con las fibras aferentes del nervio auditivo, de manera que cuando se depolarizan liberan neurotransmisor y estimulan las terminales del nervio auditivo, que envía señales al sistema nervioso central. • Las células ciliadas externas no tienen conexiones con las terminales aferentes del nervio auditivo, por lo que no participan directamente en el envío de señales, pero sirven para reforzar el movimiento de la membrana basilar. Cuando la membrana basilar asciende, las células ciliadas externas se depolarizan, esto produce contracción de estas células, que entonces tiran de la membrana basilar hacia arriba, y aumentan el desplazamiento de esta membrana. Esto a su vez, refuerza la estimulación de las células ciliadas internas, que envían más señales al sistema nervioso central. Por eso, la lesión de las células ciliadas externas produce pérdida auditiva

35. Efectos de los ultrasonidos e infrasonidos

36. Un efecto interesante es el llamado efecto calorimétrico. La clave está en utilizar un ultrasonido a 4 MHz. A esta frecuencia, la energía sonora se convierte en calor mediante una relación definida. • También puede ocurrir que cuando una onda ultrasónica intensa incida sobre una superficie de separación entre un líquido y el aire se lance hacia arriba un chorro de líquido y se produce una fina niebla.

37. Efectos biológicos • Se ha comprobado que los ultrasonidos altamente energéticos afectan a la vida de pequeños animales, como los peces. Los efectos son variaciones del ritmo cardíaco, fiebre, destrucción de la capacidad reproductora, etc. Parece que la causa fundamental de esto radica, en el fenómeno de la cavitación y la formación de burbujas en el interior de los cuerpos

38. Efectos de los infrasonidos • No se conoce mucho acerca de los posibles daños producidos por los infrasonidos. Nos limitaremos a exponer los efectos fisiológicos de los mismos. En función del nivel de intensidad de las ondas infrasónicas, los efectos se pueden dividir en cuatro regiones: • Infrasonidos con una intensidad superior a 180 dB: provocan desgarro de los alvéolos pulmonares e, incluso, la muerte. • Infrasonidos con una intensidad comprendida entre 140 y 150 dB: (ejemplo: lanzamiento de cohetes). Con un tiempo de exposición menor a dos minutos, su efecto es casi nulo para personas en buen estado físico. • Infrasonidos con una intensidad comprendida entre 120 y 140 dB: Después de mucho tiempo expuesto a estas ondas aparecen perturbaciones fisiológicas y fatiga. Ejemplos pueden ser un automovilista o un aviador cuyos vehículos son fuentes artificiales de infrasonidos. • Infrasonidos con una intensidad menor a 120 dB: No se conoce muy bien su acción a estos niveles pero una exposición de unos pocos minutos (unos 30 más o menos) no produce daño alguno.

39. Cabría pensar que los infrasonidos afectan principalmente al oído; pues bien, esto no es así. Los infrasonidos, especialmente los de baja intensidad, tienen efectos fisiológicos que pueden ser muy serios puesto que afectan al sistema nervioso o se transmiten a través del mismo. Pueden ir acompañados de ruido audible, señales luminosas, variaciones de temperatura y otros factores internos del organismo. En general, la respuesta del organismo ante el infrasonido depende de: • Los componentes que forman dicho estímulo. • La combinación de estos dentro del estímulo. • La constitución del organismo. • La reacción o decisión del receptor.

40. Las consecuencias de una exposición a la onda infrasónica con suficiente intensidad dependen de la frecuencia de la ondas y del tiempo de exposición. Según la frecuencia podemos encontrarnos con los siguientes síntomas: • 0,1 - 10 Hz: Deficiencias de movimiento. • 1 - 100 Hz: Dificultad de respiración y habla. • 4 - 100 Hz: Resonancias en el cuerpo. • 4 - 800 Hz: Pérdida de visión. • 2 - 1000 Hz: Bajo rendimiento en el trabajo.

41. Ref: • http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla/audicion/audicion.html • http://www.xtec.es/centres/a8019411/caixa/ondas.htm#amplitud • http://www.kinoki.org/tecnicaaudiovisual/sonido/fisica.htm