Propagación de Ondas: Sonido y Luz - Conceptos y Aplicaciones

Conceptos Básicos sobre la Propagación de Ondas

Una onda es la transmisión de un movimiento oscilatorio o vibratorio y de energía sin transporte de materia. Las ondas, por lo tanto, transportan energía, pero no materia.

Las ondas mecánicas necesitan un medio material para propagarse. Sin embargo, las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material, pueden transmitirse a través del vacío.

Similitudes y Diferencias entre Sonido y Luz

Sonido y luz tienen en común que se propagan mediante ondas. La diferencia radica en que el sonido es una onda mecánica y la luz es una onda electromagnética.

El Sonido

Para que se produzca el sonido, un foco tiene que emitir vibraciones y tiene que haber un medio natural que las propague.

• Fuente sonora natural: lluvia.
• Fuente sonora artificial: un rayo.

El sonido es la propagación de un movimiento vibratorio o su energía de forma longitudinal a través de un medio mecánico.

Fenómenos Asociados a la Reflexión del Sonido

¿Qué se produce como consecuencia de la reflexión del sonido?

Se pueden producir dos fenómenos:

• Eco: consiste en la percepción del sonido emitido y el reflejado. Para que se produzca, la persona tiene que estar a 17 metros o más de la fuente sonora y el tiempo transcurrido entre la emisión y la reflexión debe ser igual o superior a 0,1 segundos.
• Reverberación: consiste en la percepción de una mezcla del sonido emitido y el reflejado. El tiempo transcurrido entre la emisión y la reflexión es menor a una décima de segundo.

Características del Sonido

Las características principales del sonido son:

• Intensidad: fuerza o volumen con el que se percibe un sonido.
• Tono: número de vibraciones que se producen por segundo.
• Timbre: característica que permite distinguir dos sonidos del mismo tono y de la misma intensidad.

La Luz

Definición de luz: es la energía que se propaga en forma de radiación, moviéndose en línea recta y en todas las direcciones.

La luz también es una onda electromagnética que se propaga en todas las direcciones y transmite energía sin que haya transporte de materia.

Reflexión de la Luz

La reflexión de la luz, ¿se produce solo en los espejos? No, también se produce en otros medios, en los que se da una reflexión difusa.

En la Luna no hay aire. Si una persona te habla a 3 m, ¿oirías el sonido? No, porque no hay medio material para que se propaguen las ondas sonoras.

Niveles de Ruido

La Unión Europea acepta como límite máximo 65 decibelios durante el día y 55 durante la noche.

Ejercicios y Aplicaciones

Ejercicio 1: Cálculo de la Velocidad de la Luz en un Medio

1. Un líquido transparente tiene un índice de refracción n = 1,40. ¿Cuál es la velocidad de la luz cuando pasa a través de él?

La fórmula para calcular la velocidad de la luz en un medio es:

n (índice de refracción) = velocidad de la luz en el vacío / velocidad de la luz en el medio

Sustituyendo los valores:

1,40 = 300.000 km/s / v

v = 300.000 km/s / 1,40

v = 214.285,71 km/s

Ejercicio 2: Cálculo de la Distancia Recorrida por el Sonido

2. ¿Cuánto recorre el sonido en 10 segundos en una atmósfera de CO₂ (v = 260 m/s)?

La fórmula para calcular la distancia recorrida es:

e = v * t

Donde:

• e = espacio
• v = velocidad
• t = tiempo

Sustituyendo los valores:

e = 260 m/s * 10 s = 2600 m

Relaciones entre Conceptos

• Intensidad - Decibelios
• Frecuencia - Tono
• Movimiento - Energía
• Eco - Sonido
• Espejo - Reflexión
• Lente - Refracción
• Luz - Reflexión

Tipos de Lentes

Lentes convergentes y divergentes:

• Convergentes: juntan los rayos de luz.
• Divergentes: separan los rayos de luz.

Clasificación de Materiales según su Interacción con la Luz

• Opacos: impiden el paso total de la luz. Ejemplo: metales.
• Transparentes: dejan pasar la luz. Ejemplo: cristales o agua.
• Translúcidos: permiten el paso parcial de la luz. Ejemplo: papel de fumar.

Tipos de Reflexión

• Reflexión difusa: la superficie es rugosa o poco pulida.
• Reflexión especular: la superficie reflectante es lisa y pulida.

Aplicaciones Tecnológicas

• Sonar: instrumento que usan los barcos para detectar las profundidades del fondo marino o bancos de peces.
• Ecografía: consiste en registrar los ecos de ultrasonidos producidos por los órganos del cuerpo.
• Litotricia: consiste en utilizar ultrasonidos de alta energía y corta duración (ondas de choque) para la destrucción de cálculos renales o biliares.