lunes, 22 de noviembre de 2010

La Luz

De todos los fenómenos físicos, los relacionados con la luz posiblemente sean los más fascinantes e intrigantes. Las preguntas ¿qué es la luz?, ¿cómo es posible la visión?, ¿qué son los colores?, ¿cómo se forman los arco iris?, etc. han preocupado al ser humano desde siempre, siendo la historia de los esfuerzos por responderlas un aspecto central de las ciencias físicas.
El estudio de la luz, denominado óptica, normalmente se divide en dos secciones: Propagación de la luz, en que se abordar la óptica sobre la base de la noción de rayo de luz (razón por la cual se denomina óptica geométrica) y Naturaleza de la luz, en el que se estudia la óptica considerando la luz como un fenómeno ondulatorio (en este caso hablaremos de óptica física).

A) La rapidez de la luz

Según las referencias históricas, quien primero intentó medir la rapidez de la luz fue Galileo Galilei (1564-1642) haciendo señales con una lámpara a otra persona situada a una distancia conocida. Si bien el método empleado por Galileo no era incorrecto, la gran rapidez con que viaja la luz, hacía impracticable el experimento.

El primero en medir esta rapidez, en 1675, fue el astrónomo danés el Olaf Römer (1644 – 1710) a través de la observación de los satélites de Júpiter. Ellos giran alrededor de este planeta demorando cierto tiempo en completar una órbita. Cuando el planeta se encuentra más alejado de la Tierra, el movimiento de sus satélites parece retrasarse debido a que la luz que proviene de ellos demora más tiempo en recorrer una distancia mayor. La precisión obtenida con este método no fue muy buena, pero tuvo el mérito de probar que la luz no se propagaba de forma instantánea.

En 1849, Hippolyte Fizeau (1819 – 1896) mide la velocidad de la luz dentro de un laboratorio. Su método consistió en interceptar un rayo de luz reflejado en un espejo con los dientes de una rueda giratoria. El resultado de las mediciones indicaba que la luz tendría una rapidez de 313.274 km/s en el aire. Años más tarde, en 1880, el físico estadounidense Albert Michelson (1852-1931) logra mayor exactitud con una técnica similar. Su método consiste en hacer girar con la rapidez exacta un sistema de espejos en el que se refleja un rayo de luz. Hoy se define la rapidez de la luz, en el vacío, como 299.792.456 m/s y se la designa con la letra “c”. Para efectos de cálculo, a menos que se indique algo diferente, empleamos la aproximación c = 3 x 108 m/s. Del mismo modo, aunque en el aire esta velocidad es levemente menro, también se emplea el mismo valor que par el vacío.

B) Los fenómenos de luz y sombra

Solamente mirando el borde de un objeto, como el marco de una puerta o una regla, sabemos si éste se ajusta o no a una recta. ¿Por qué? Porque intuitivamente partimos del hecho de que la luz se propaga en línea recta. Otra evidencia de su propagación rectilínea surge del análisis de las sombras. Si un punto P emite luz, una esfera opaca Q producirá en una pantalla o telón una sombra circular, tal como se ilustra en la figura.



Por otra parte, una mitad de la esfera estará iluminada y la otra estará sumida en la oscuridad. Si la fuente no es puntual, como se aprecia en la figura, veremos además una zona de penumbra.

Estos fenómenos de luz, sombra y penumbra son bastante habituales en la vida diaria, pero donde resultan espectaculares es en el ámbito astronómico, particularmente en el caso de los eclipses. En efecto, el día y la noche, las fases de la Luna y los eclipses de Sol y de Luna son fenómenos de luz y sombra. Las siguientes figuras ilustran estos fenómenos.

Fases Lunares

Las diferentes fases lunares para un observador en la Tierra, corresponden a la forma en que este satélite es iluminado por el Sol,

Fase Lunar

Las diferentes fases lunares para un observador en la Tierra, corresponden a la forma en que este satélite es iluminado por el Sol,

Eclipses


En la figura se observa como la luna proyecta su sombra sobre la Tierra, generando un eclipse de Sol.






Cuando la Tierra proyecta su sombra sobre la Luna, oscureciéndola, estamos frente a un eclipse lunar



Otro hecho que pone en evidencia la propagación rectilínea de la luz es la cámara oscura. Como es muy fácil de hacer, se recomienda que la construyas y realices algunas observaciones y experimentos con ella. Como se ilustra en la figura, basta una caja de cartón y un pedazo de papel diamante.



Bajo el mismo principio de la cámara oscura funcionan el ojo y la cámara fotográfica. Las principales partes del ojo humano se ilustran en la siguiente figura.



C) La reflexión de la luz y los espejos

La luz se refleja prácticamente en todas las superficies a las que llega. Gracias a este fenómeno es que podemos ver la mayoría de las cosas que nos rodean: los árboles, las montañas, los muebles y las personas. Sin embargo, no todos los objetos reflejan la luz de la misma forma. Algunos la reflejan más ordenadamente que otros. En la siguiente figura el caso (a) ilustra la reflexión especular y el (b) la reflexión difusa.



La diferencia entre estas dos reflexiones se debe a que en el caso (a) la superficie es muy lisa, mientras que en el caso (b) presenta irregularidades. La superficie de los metales puede pulirse para que se comporten como espejos. En el caso de los espejos domésticos lo que opera como tal es una delgada película de plata detrás de un vidrio.

Ley de la Reflexión

Con un experimento como el que se ilustra en la siguiente figura es fácil verificar la ley de reflexión.



Imágenes en espejos planos

Nos resulta muy natural ver imágenes en espejos planos, como cuando nos peinamos frente a un espejo o miramos el reflejo de un paisaje de un lago. Pero ¿cómo se explica lo que vemos?, ¿qué caracteriza a esas imágenes? Cada vez que nos formulemos preguntas como estas, las respuestas las encontraremos en la ley de reflexión.

La siguiente figura ilustra cómo se forma en un espejo plano la imagen (I) de un objeto como nuestra nariz (O).



Este tipo de imagen se denomina virtual, puesto que sólo la capta nuestro ojo. En efecto, esta imagen está formada la “proyección” que nuestro ojo hace de los rayos reales.

En contraposición existen imagenes a las que denominaremos reales, por estar conformadas por rayos de luz, y por lo tanto pueden proyectarse sobre una superficie o pantalla. Estas son las que se forman, por ejemplo, en el papel diamante de la cámara oscura o en un telón al proyectar una diapositiva. Otras características importantes de las imágenes que se producen en los espejos planos son: a) la distancia ente el objeto O y el espejo es igual a la distancia entre la imagen I y el espejo; b) el tamaño de la imagen es igual al tamaño del objeto; y c) la posición de la imagen es derecha en relación con el objeto; es decir, si la cabeza de la persona está arriba, la cabeza de la imagen también está arriba. No obstante, si la persona cierra el ojo derecho ¿qué ojo cierra la imagen? Comprueba estos hechos.

Imágenes en espejos curvos

El tipo de espejo curvo más importante es el parabólico. Esta es la forma que apreciamos en muchas antenas de radio, televisión y radiotelescopios, lo que no es un hecho casual.

Los espejos parabólicos pueden ser cóncavos o convexos. En ellos hay que reconocer un eje de simetría o eje óptico, un vértice (V) y un foco (F), los cuales se ilustran en los esquemas de la siguiente figura.



Si a estos espejos se envía un haz de rayos de luz paralelos al eje óptico, en el espejo cóncavo (figura a) se reflejan de modo que convergen a un punto, el cual corresponde a un foco real (F). En el caso del espejo convexo (figura b), divergen como si procedieran de un punto que está detrás del espejo y por el cual no pasan los rayos de luz, razón por la cual se denomina foco virtual (F). La distancia entre el vértice y el foco es la distancia focal y la designaremos f.

Las siguientes figuras ilustran el trazado de rayos que explica la formación de las imágenes en dos casos particulares. ¿Qué pasa con la imagen de la flecha si el objeto se aproxima al espejo?

Trazado de rayos para la formación de imágenes





D) La refracción y las lentes

D.1. Refracción en superficies planas

Por refracción entenderemos el paso de un rayo de luz de un medio a otro. Por ejemplo, cuando la luz pasa a través del vidrio de una ventana, se produce una refracción en ambas caras del vidrio, primero cuando pasa del aire al vidrio y, después, cuando pasa del vidrio al aire. La refracción va acompañada de un cambio en la rapidez de la luz y por lo tanto de su longitud de onda. Sin embargo, la frecuencia de la luz permanece constante. Por otra parte, si la luz incide sobre el segundo medio de propagación de manera oblicua, se observa un cambio en la dirección en que se propaga.






La figura ilustra, en una primera aproximación, este fenómeno para el caso en que el límite de separación entre los medios es una superficie plana. En relación a la Normal (recta perpendicular a esta superficie en el punto en que incide un rayo de luz), tiene sentido hablar de ángulo de incidencia ( angulo i) y ángulo de refracción ( angulo r). Es importante notar que estos ángulos no son iguales, excepto cuando angulo i = 0, de tal forma que angulo r .

Esta es la razón por la cual un lápiz sumergido en un vaso con agua pareciera estar quebrado o el fondo de un recipiente con agua lo vemos más arriba de su posición real.

Es fácil constatar que la refracción va siempre acompañada de una reflexión. En efecto, debes haber notado que el vidrio de una ventana se comporta como un espejo si en la habitación en que te encuentras hay mucha luz y afuera está muy oscuro. Si en estas condiciones aproximas un objeto, por ejemplo un dedo, a unos milímetros del vidrio y observas cuidadosamente, con seguridad verás dos o más imágenes de él.

Otro hecho curioso que se desprende del análisis de la figura anterior, es que cuando miramos a través del vidrio de una ventana, los objetos que vemos no están exactamente allí donde los vemos. Lo mismo ocurre con los astros. Tampoco su luz procede exactamente de donde parece venir, pues, como lo ilustra la siguiente figura, la luz de una estrella se refracta al ingresar a la atmósfera terrestre.

Además, como en la atmósfera hay turbulencias, la densidad del aire varía permanentemente, haciendo cambiar la dirección en que llegan los rayos de luz, con lo cual las estrellas parecen estar cambiando de posición. Este efecto se conoce como titilación.

D.2. La reflexión total interna

Lo más sorprendente de la refracción es que, en algunos casos, aun cuando un rayo de luz que viaja por un medio incida sobre una superficie de otro medio transparente, no pasa a él; es decir, no se refracta. Lo que hace en este caso es reflejarse como en el mejor de los espejos. Este fenómeno se denomina reflexión total interna y con seguridad lo has notado. Las siguientes figuras muestran algunos experimentos que ponen en evidencia este fenómeno.



Es importante comprender que esta reflexión total interna se produce solamente cuando el ángulo de incidencia supera cierto valor, conocido como ángulo límite, el cual depende de los medios. Por ejemplo, cuando los medios son vidrio y aire, este ángulo es de unos 42º (dependiendo principalmente del tipo de vidrio), y cuando es agua y aire, es de unos 48º.

Debido a la gran calidad de la reflexión que se produce, este fenómeno tiene muchas aplicaciones técnicas: los prismáticos poseen juegos de prismas. ¿Cuál es su utilidad allí? Investiga qué otros instrumentos ópticos también los poseen.

Sin embargo, la aplicación de mayor impacto es la fibra óptica. Ella se emplea hoy en día principalmente en comunicaciones, presentando grandes ventajas en esta materia. Se trata de delgadísimos “conductores de luz” de solo unas centésimas de milímetro de diámetro y de centenares de metros de longitud. Como lo ilustra la siguiente figura, la luz que ingresa por uno de los extremos de la fibra sale por el otro y no por sus paredes, pues en ellas se produce reflexión total interna.



Además, gracias a instrumentos construidos con fibras ópticas, los médicos pueden examinar los órganos internos de sus pacientes mediante una técnica que no resulta invasiva.

D.3. Las lentes

Examinaremos ahora lo que ocurre en las lentes. . Las lentes son dispositivos ópticos que permiten refractar la luz de manera regular, de acuerdo a ciertas reglas. En la siguiente figura se ha representado una lente y algunos de los elementos que nos interesan para comprender lo que ocurre en ellas: su eje óptico, el plano de la lente, sus focos (F) y su distancia focal (f).



Las superficies de las lentes pueden poseer distintas formas dando origen a distintos tipos de lentes, según lo indican los cortes (o perfiles) que se ilustran en la siguiente figura.



Lentes convergentes y divergentes

Aquellas lentes que poseen mayor espesor en el centro que en los bordes se denominan lentes convergentes y lentes divergentes aquellas en que ocurre lo contrario.

La siguiente figura muestra la diferencia fundamental entre estos dos tipos de lentes. En las convergentes, rayos de luz que llegan a ellas paralelos al eje óptico, convergen hacia el foco que está del otro lado de la lente. En las divergentes en tanto, divergen como si vinieran del foco que está del mismo lado.



Las siguientes figuras muestran el trazado de rayos que explica la formación de imágenes (I) para diferentes objetos.





D.4. Sistemas ópticos

Con dos o más lentes o con combinaciones de lentes, espejos y prismas, se pueden producir los efectos ópticos de mayor interés. Casos particularmente importantes son los del telescopio y del microscopio.

El primer telescopio, inventado por Galileo, es un sistema óptico muy simple formado por dos lentes: una convergente, donde llega la luz de los astros, denominada objetivo, y otra divergente, por donde se mira con el ojo, denominada ocular.

Otro telescopio de gran importancia posee dos lentes convergentes. Se diferencia del anterior porque produce imágenes invertidas, lo cual en astronomía carece de importancia. El trazado de rayos explica su funcionamiento a continuación.



Los dos telescopios descritos hasta aquí se denominan refractores. El telescopio inventado por Newton es de tipo reflector y el trazado de rayos de la figura siguiente explica su funcionamiento.



D.5. La óptica del ojo

Antes describimos la estructura del ojo y explicamos que el cristalino corresponde a una lente convergente y que en la retina se forma una imagen real e invertida de las cosas que vemos. Es importante darse cuenta de que podemos ver cosas distantes y cercanas. Las más cercanas las podemos enfocar bien cuando se hallan a poco más de 15 centímetros y las más lejanas a varios cientos de metros, dependiendo de las condiciones de visibilidad del aire. Esto significa que, para que la imagen quede correctamente enfocada en la retina, el cristalino debe cambiar su distancia focal. Ello lo consigue cambiando su curvatura por medio de los ligamientos. Como se indica en la siguiente figura, si lo que miramos está cerca, el cristalino reduce su distancia focal haciéndose más grueso en el centro (a) y a la inversa si el objeto está lejos (b).



Al ojo lo afectan muchas enfermedades, pero las más frecuentes consisten en la dificultad para enfocar correctamente las imágenes en la retina. Un caso es el de la miopía, en que la imagen se forma antes de la retina; y el otro caso es el de la hipermetropía, en que se forma después. Afortunadamente, ambos casos se corrigen muy fácilmente por medio de lentes. En el primer caso basta anteponer al ojo una lente divergente (a) y en el segundo, una lente convergente (b), según se indica en la siguiente figura.

Esquema de ojos con enfermedades visuales


Efecto Doppler


El efecto Doppler, llamado así por el austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo entre la fuente, el emisor y/o el medio. Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).

El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "efecto Doppler-Fizeau" y en los Países Bajos como el "efecto Doppler-Gestirne".

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, cuando el cuerpo sí seria apreciable de forma directa la variación de longitud de onda.

Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una ambulancia (50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel 8, sin embargo se trata de aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

Refracción



La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. 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. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

Clasificación de las ondas

* Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
* Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas.
* Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.


* Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.
* Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.
* Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

Ondas



Para otros usos de este término, véase Onda (desambiguación).
Ondas propagadas en agua.
Onda estacionaria formada por la interferencia entre una onda (azul) que avanza hacia la derecha y una onda (roja) que avanza hacia la izquierda.

En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.

La propiedad del medio en la que se observa la particularidad se expresa como una función tanto de la posición como del tiempo . Matemáticamente se dice que dicha función es una onda si verifica la ecuación de ondas:




donde v es la velocidad de propagación de la onda. Por ejemplo, ciertas perturbaciones de la presión de un medio, llamadas sonido, verifican la ecuación anterior, aunque algunas ecuaciones no lineales también tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un solitón.

Periodo

Período o periodo (el DRAE reconoce ambas formas con idéntico significado, debiendo pronunciarse la primera con cuatro sílabas, esdrújula, y con acento prosódico en la i; y la segunda con tres, llana, y en la o), es palabra que deriva del latín periŏdus.[1] Este término se utiliza para designar el intervalo de tiempo necesario para completar un ciclo repetitivo, o simplemente el espacio de tiempo que dura algo.

* En geología, período geológico es una unidad del tiempo geológico de segundo orden, inferior a la era geológica y superior a la época geológica.[2]

* También existen periodos geológicos en cuerpos celestes externos a la Tierra (véase Escala de tiempo geológico lunar).

* En matemáticas:

* El período, para un número periódico, es el conjunto de cifras de repetición indefinida que aparecen en el cociente de las divisiones inexactas; inmediatamente tras la coma de los decimales (periódico puro) o posteriormente al primer número decimal (periódico mixto).
* El período de una función periódica es la parte de ésta (P) que, conforme se le añade a la variable independiente, hace repetir los valores de la variable dependiente:



En física, período de oscilación es el intervalo de tiempo entre dos puntos equivalentes de una onda u oscilación, también se puede asociar a la frecuencia mediante la relación:

Frecuencia



Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm) y radianes por segundo (rad/s). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).




Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:




donde T es el periodo de la señal.

Timbre


El timbre es una de las cuatro cualidades esenciales del sonido articulado, junto con el tono, la duración y la intensidad. Se trata del matiz característico de un sonido, que puede ser agudo o grave según la altura de la nota que corresponde a su resonador predominante.

Intensidad de sonido


La intensidad de sonido se define como la potencia acústica transferida por una onda sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación.

I={P \over A};

donde I es la intensidad de sonido, P es la potencia acústica y A es el área normal a la dirección de propagación.

Intensidad de sonido de una onda esférica

En el caso de una onda esférica que se transmite desde una fuente puntual en el espacio libre (sin obstáculos), cada frente de onda es una esfera de radio r. En este caso, la intensidad acústica es inversamente proporcional al área del frente de onda (A), que a su vez es directamente proporcional al circulo de la distancia a la fuente sonora.

I= {P \over A} = {P \over 4\pi r^2}

Tono (acústica)


El tono es la propiedad de los sonidos que los caracteriza como más agudos o más graves, en función de su frecuencia.

Un tono puro corresponde a una onda senoidal, es decir, una función del tipo f(t) = A sen(2 π f t), donde A es la amplitud, t es el tiempo y f la frecuencia. En el mundo real no existen tonos puros, pero cualquier onda periódica se puede expresar como suma de tonos puros de distintas frecuencias. Existiría una frecuencia fundamental y varias frecuencias múltiplos de la fundamental, llamados armónicos. Las frecuencias de estos armónicos son un múltiplo entero de la principal.

Cuando a un tono se le aplica el análisis de Fourier, se obtiene una serie de componentes llamados parciales armónicos (o armónicos, a secas), de los cuales el primero o fundamental y los que tienen un número de orden que es una potencia de 2 (2, 4, 8...) tienen alguna similar sensación de tono que el primero por sí solo (ya que al estar a distancia de octava, el oído humano suele percibirlas como "las mismas notas pero más agudas"). El resto de parciales armónicos se perciben como otros sonidos distintos del fundamental, lo que enriquece el sonido. De esta forma, los sonidos cuyos armónicos potencias de 2 son algo más sonoros que el resto, son percibidos como sonidos con un timbre más nasal, hueco o brillante, mientras que los sonidos donde son algo más sonoros otros parciales armónicos, son percibidos como sonidos con un timbre más lleno o completo, redondo u oscuro. Todos los parciales armónicos, en su conjunto determinan el timbre musical.

La forma en que es percibido el tono es lo que se conoce como altura del sonido, que determina cómo de bajo o alto es ese sonido, aunque es normal que se utilice tono como sinónimo de altura.

Absorción (sonido)

Para otros usos de este término, véase Absorción.

La absorción es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido.

Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de energía que propagan, ninguno es completamente opaco.

La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo. Es un valor que varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).

En relación con la absorción ha de tenerse en cuenta:

* El coeficiente de absorción que indica la cantidad de sonido que absorbe una superficie en relación con la incidente.

Artículo principal: coeficiente de absorción

* La frecuencia crítica es la frecuencia a partir de la cual una pared rígida empieza a absorber parte de la energía de las ondas incidentes.

Artículo principal: Frecuencia crítica
[editar] Tipos de materiales en cuanto a su absorción

1. Materiales resonantes, que presentan la máxima absorción a una frecuencia determinada: la propia frecuencia del material.
2. Materiales porosos, que absorben más sonido a medida que aumenta la frecuencia. Es decir, absorben con mayor eficacia las altas frecuencias (los agudos). El material poroso más difundido, hoy por hoy (2005), es la espuma acústica.
3. Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas frecuencias (los graves), que las altas.
4. Absorbente Helmholtz Es un tipo de absorbente creado artificialmente que elimina específicamente unas determinadas frecuencias.

Reflexión (sonido)

Fenómeno

Una onda se refleja (rebota al medio del cual proviene) cuando se encuentra con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear.




Características

El tamaño del obstáculo y la longitud de onda determinan si una onda rodea el obstáculo o se refleja en la dirección de la que provenía.

Si el obstáculo es pequeño en relación con la longitud de onda, el sonido lo rodeara (difracción), en cambio, si sucede lo contrario, el sonido se refleja (reflexión).

Si la onda se refleja, el ángulo de la onda reflejada es igual al ángulo de la onda incidente, de modo que si una onda sonora incide perpendicularmente sobre la superficie reflejante, vuelve sobre sí misma.

La reflexión no actúa igual sobre las altas frecuencias que sobre las bajas. La longitud de onda de las bajas frecuencias es muy grande (pueden alcanzar los 18 metros), por lo que son capaces de rodear la mayoría de obstáculos; en cambio las altas frecuencias no rodean los obstáculos por lo que se producen sombras detrás de ellos y rebotes en su parte delantera.


Acústica

En acústica esta propiedad de las ondas es ampliamente conocida y aprovechada. No sólo para aislar, sino también para dirigir el sonido hacia el auditorio mediante placas reflectoras (reflectores y tornavoces) a esto se le puede llamar acústica sonora por que cuando el sonido choca contra una pared las ondas sonoras se esparcen por esa pared y por los raíles de la que lo forman, es decir, que cuando choca el sonido contra algo, todo lo demás lo escucha y las ondas se esparcen .



Fenómenos relacionados con la reflexión

* Las ondas estacionarias. Una onda estacionaria se produce por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje. Dependiendo cómo coincidan las fases de la onda incidente y de la reflejada, se producirán modificaciones en el sonido (aumenta la amplitud o disminuye), por lo que el sonido resultante puede resultar desagradable. En determinadas circunstancias, la onda estacionaria puede hacer que la sala entre en resonancia.

* Véase:Onda estacionaria.

* El eco. La señal acústica original se ha extinguido, pero aún no es devuelto el sonido en forma de onda reflejada. El eco se explica porque la onda reflejada nos llega en un tiempo superior al de la persistencia acústica.

* Véase:Eco.

* La reverberación. Se produce reverberación cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del oído.

* Véase:Reverberación.

Propagación del sonido


Velocidad del sonido
Artículo principal: Velocidad del sonido

La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura, humedad, entre otros. y una de las características de la onda o de la fuerza que la genera.

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 20º) es de 340 m/s. Existe una ecuación generada por Newton y posteriormente modificada por Laplace que nos permite obtener la velocidad del sonido en el aire teniendo en cuenta la variable de la temperatura..

* En el agua(a 35 °C) es de 1.493 m/s (a 20 °C) es de 1498 m/s.
* En la madera es de 3.700 m/s.
* En el hormigón es de 4.000 m/s.
* En el acero es de 5.100 m/s.
* En el aluminio es de 3.400 m/s

Velocidad de propagación y vibración

Fuentes de Vibración

En un motor eléctrico, el doble de la frecuencia de línea (120 Hz en los E. U. A. ) siempre es un componente de vibración que se puede medir. A esta frecuencia la atracción entre el rotor y el estator es variable y las dimensiones del hierro cambian un poco en presencia de un campo magnético variable debido a la constricción magnética.

vibraciones periodicas

Las ondas periodicas se caracterizan por reiterarse a intervalos iguales de tiempo, como la cuerda d una guitarra a oscilar, un diapason al ser golpeado, o la membrana de un parlante.