Sonar

El sonar (del inglés SONAR, acrónimo de Sound Navigation And Ranging, ‘navegación y alcance por sonido’) es una técnica que usa la propagación del sonido bajo el agua (principalmente) para navegar, comunicarse o detectar otros buques.
El sonar puede usarse como medio de localización acústica, funcionando de forma similar al radar, con la diferencia de que en lugar de emitir señales de radiofrecuencia se emplean impulsos sonoros. De hecho, la localización acústica se usó en aire antes que el radar, siendo aún de aplicación el SODAR (la exploración vertical aérea con sonar) para la investigación atmosférica.
El término «sonar» se usa también para aludir al equipo empleado para generar y recibir el sonido. Las frecuencias usadas en los sistemas de sonar van desde las infrasónicas a las ultrasónicas.

Ultrasonido

El ultrasonido es una onda acústica cuya frecuencia está por encima del límite perceptible por el oído humano (aproximadamente 20.000 Hz). Muchos animales como los delfines y los murciélagos lo utilizan de forma parecida al radar en su orientación. A este fenómeno se lo conoce como ecolocalización. Se trata de que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en todos los objetos alrededor de ellos, esto hace que creen una “imagen” y se orienten en donde se encuentran.

Los ultrasonidos son utilizados tanto en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).
En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 Mhz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.

En qué consiste el diagnóstico por imágenes con ultrasonido general.
Las imágenes por ultrasonido, también denominadas exploración por ultrasonido o ecografía, suponen exponer parte del cuerpo a ondas acústicas de alta frecuencia para producir imágenes del interior del organismo. Los exámenes por ultrasonido no utilizan radiación ionizante (rayos x). Debido a que las imágenes por ultrasonido se capturan en tiempo real, pueden mostrar la estructura y el movimiento de los órganos internos del cuerpo, como así también la sangre que fluye por los vasos sanguíneos.

Onda sísmica

Las ondas sísmicas (u ondas elásticas) son la propagación de perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio. Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos. Existe toda una rama de la sismología que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente mediante el empleo de explosivos o camiones vibradores (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales para por ejemplo la exploración del petróleo.

Cualidades del sonido

El sonido tiene cuatro cualidades básicas. Son las siguientes:

ALTURA O TONO
Está determinada por la velocidad de vibración del cuerpo. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Los humanos podemos percibir los sonidos comprendidos entre 20Hz y 20.000Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

INTENSIDAD
Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Este parámetro lo medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB).

DURACIÓN
Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

TIMBRE
Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican.

Eco, resonancia, reverberacion y reflxion del sonido

Eco:

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 por que la onda reflejada nos llega en un tiempo superior al de la persistencia acústica.

Resonancia:

El término resonancia puede referirse a:
Resultado de la coincidencia de dos frecuencias de energía que coinciden en amplitud y longitud.
La prolongación del sonido que se va disminuyendo por grados.
El sonido producido por repercusión de otro.
Cada uno de los sonidos elementales que acompañan al principal en una nota musical y comunican timbre particular a cada voz o instrumento musical.
Gran divulgación o propagación que adquieren un hecho o una persona en alas de la fama.
Termino utilizado en el aspecto psicológico, cuando la persona hace uso de la inteligencia emocional e influencia de manera motivadora a las personas o colegas que estan cerca.
En ingeniería se refiere a la resonancia mecánica de una estructura o cuerpo.
En electrónica, la resonancia eléctrica es el fenómeno que se produce al coincidir la frecuencia propia de un circuito con la frecuencia de una excitación externa.
La Resonancia (química), sistema de enlace entre los átomos de una molécula que, debido a la compleja distribución de sus electrones, obtiene una mayor estabilidad que con un enlace simple. Esta distribución de electrones no fluctúa, en contra de lo que su nombre hace pensar. Numerosos compuestos orgánicos presentan resonancia, como en el caso de los compuestos aromáticos.
En electromagnetismo se refiere a la resonancia magnética nuclear, utilizada para diagnósticos en medicina.
Otro método de diagnóstico utilizado en medicina es la Espectroscopia de resonancia magnética nuclear.
Aumento en la amplitud del movimiento de un sistema debido a la aplicación de fuerza pequeña en fase con el movimiento.
Resonancia orbital
Partículas subatómicas que se desintegran por medio de la fuerza fuerte en otras partículas más ligeras. Generalmente no se las considera partículas independientes, sino estados energéticos excitados de otras partículas.

Reverberacion:

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.

Reflexion del sonido:

La reflexion es una propiedad de la propagacion del sonido, junto con la atenuación, dispersión, absorción y la refraccion.
Todo el mundo suele tener claro lo que significa la reflexion de una onda. Este fenómeno, que se aprecia muy claramente con la luz en un espejo, se produce de igual forma con el sonido. Cuando el sonido tropieza con un obstáculo, lo que hace la mayor parte de la energia (siempre hay algo que se transmite, refracta, en el objeto) de la onda, es cambiar de fase y volver por el mismo camino por el que ha llegado, pero en sentido contrario. Precisamente, las reflexiones son un efecto a evitar en las salas de audición puesto que enturbian la pureza de la pieza musical que se esto oyendo en ese momento. Los materiales mas duros, como pasa con las montañas, sobretodo paredes verticales, son los que ofrecen un indice de reflexion mayor, de ahí la frecuencia de aparicion del fenómeno del eco en estos entornos (que dependiendo del retraso que se produzca en las reflexiones podremos hablar de eco o de reverberación).

Sonido

En física, sonido es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas de alta frecuencia, audibles o casi audibles, generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generado por el movimiento vibratorio rápido de un cuerpo.
En fisiología ase llama sonido a la sensación, en el órgano del oído, producida por ese mismo movimiento ondulatorio.

El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistente en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es simimar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

Refraccion y difraccion de ondas

Refraccion:

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.

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

Difraccion:

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una distancia suficiente del emisor.

El fenómeno de la difracción es un fenómeno de tipo interferencial y como tal requiere la superposición de ondas coherentes entre sí.
Se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.
En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de rayos X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. Esta técnica permitió descubrir la estructura de doble hélice del ADN en 1953. La difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.
Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible observar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de la mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

Onda estacionaria

Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda y frecuencia que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.

Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagación sino los distintos modos de vibración de la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana, ... determinados, sólo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La más baja se denomina frecuencia fundamental, y las demás son múltiplos enteros de ella (doble, triple, ...).
Una onda estacionaria se puede formar por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje.

Interferncia de ondas

Una de las características esenciales del movimiento ondulatorio es el fenómeno de la interferencia. Por ejemplo, se produce interferencia cuando en una región en las que coinciden la onda incidente y reflejada. Este caso se produce en una cuerda fija por sus extremos lo que da lugar a ondas estacionarias.

Consideremos dos fuentes puntuales S1 y S2 que oscilan en fase con la misma frecuencia angular w , y que emiten ondas armónicas.

Cuando emite solamente S1 el punto P describe el movimiento armónico simple (M.A.S.) de amplitud y 01 y frecuencia angular w .
y 1=y 01sen(kr1-w t)
Cuando emite solamente S2 el punto P describe el M.A.S. de amplitud y 02 y frecuencia angular w .
y 2=y 02sen(kr2-w t)
Cuando emiten simultáneamente S1 y S2. El punto P describe un M.A.S. que es la composición de dos M.A.S. de la misma dirección y frecuencia. Los casos más importantes son aquellos en los que los M.A.S. están en fase y en oposición de fase.
En fase o interferencia constructiva.
Dos M.A.S están en fase cuando la diferencia de fase kr1-kr2 es un múltiplo entero de 2p .Teniendo en cuenta que k=2p /l

La amplitud resultante es la suma de amplitudes

Superposicion de ondas

La forma de onda resultante de la superposición de ondas se obtiene sumando algebraicamente cada una de las ondas senoidales que componen ese movimiento complejo.
Si superponemos ondas senoidales de igual frecuencia, aunque con eventuales distintas amplitudes y/o fases, obtendremos otra onda senoidal con la misma frecuencia, pero con distinta amplitud y fase. Eventualmente esas ondas pueden cancelarse, por ejemplo si tuvieran igual amplitud pero una diferencia de fase de 180º.
En algunos campos de la acústica puede resultar también interesante el caso de la superposición de ondas senoidales que se desarrollan sobre ejes perpendiculares. No estudiaremos aquí esos casos.
De particular interés resulta el caso de superposición de ondas senoidales de distinta frecuencia y eventual distinta amplitud y fase (por constituir el caso descrito por Fourier para la descomposición de los movimientos complejos).
Si bien la descomposición de todo movimiento complejo en una superposición de distintas proporciones de movimientos armónicos simples es estrictamente cierta para el caso de movimientos complejos periódicos, determinadas aproximaciones matemáticas nos permiten descomponer también todo movimiento no periódico en un conjunto de movimientos simples.
Si superponemos parciales no armónicos obtendremos una forma de onda no periódica, como la mostrada en la Figura 01.

La superposición de ondas senoidales cuyas frecuencias guarden una relación sencilla de números enteros (es decir, armónicos) resultará en un movimiento complejo periódico. Las próximas figuras muestran la resultante de la superposición de distintos armónicos de una serie.
La Figura 02 muestra la resultante de superponer el segundo y el tercer armónico de una seria, es decir dos sonidos separados por un intervalo de quinta.

Reflexion de ondas

Es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido.
Una onda se refleja (rebota al medio del cual proviene) cuando topa con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear.Es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido.
Una onda se refleja (rebota al medio del cual proviene) cuando topa con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear.

Unas de las caracteristicas de esto es: 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.

Caracteristicas de las ondas

Todo movimiento ondulatorio, al transmitirse presenta las siguientes características:
La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama cresta.
El ciclo es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta.
La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se llama valle.
El máximo alejamiento de cada partícula con respecto a la posición de equilibrio se llama amplitud de onda.
El periodo es el tiempo transcurrido entre la emisión de dos ondas consecutivas.
Al número de ondas emitidas en cada segundo se le denomina frecuencia.
La distancia que hay entre cresta y cresta, o valle y valle, se llama longitud de onda.
Nodo es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
Elongación es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.

Frente de onda

Se denomina frente de onda al lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda. Dada una onda propagándose en el espacio o sobre una superficie, los frentes de ondas pueden visualizarse como superficies o líneas que se desplazan a lo largo del tiempo alejándose de la fuente sin tocarse.

Forma del frente de onda
Para ondas tridimensionales el frente de onda suele ser plano o esférico (sólo si existe algún tipo de anisotropía o inhomogenidad encontramos otras superficies más complicadas). Para ondas bidimensionales, como las de la superficie del agua, el frente suele ser plano o circular (en caso de anisotropía o inhomogeneidad pueden aparecer otras formas).
El frente de onda está formado por puntos que comparten la misma fase, por tanto en un instante dado t un frente de onda está formado por el lugar geométrico (superficie o línea) de todos los puntos cuyas coordenadas satisfacen la relación:

Trenes de ondas

Si en cualquiera de las experiencias realizadas, repetimos regularmente y de modo continuo las sacudidas en la cuerda, se incide con el punzón sobre la superficie del agua con intervalos regulares de tiempo (periodo), se presiona regularmente el extremo de un resorte, mantenemos un diapasón vibrando en la proximidad de un micrófono, o mantenemos una lámpara incandescente encendida, se observará una repetición continua de las oscilaciones de cada punto del medio. Diremos que hemos generado un Tren de Ondas.
Por lo tanto, un pulso es una sola onda viajera que afecta a un intervalo del medio, incluso a un solo punto, sin embargo el tren de ondas afecta al medio en su conjunto. En este último caso, la aportación de la energía por el foco emisor, y la que se transporta a través del medio, es continua.

Diferencias entre Onda longitudinal y transversal

Supón que produces una onda en una cuerda agitando el extremo libre hacia arriba y hacia abajo. En este caso el movimiento de la cuerda es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. Cuando el movimiento del medio (en este caso, la cuerda) es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda, decimos que se trata de una onda transversal.Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales y en las superficies de los líquidos son transversales.También las ondas electromagnéticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales.



No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las partículas del medio se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la que se propaga la onda. Las partículas se mueven a lo largo de la dirección de la onda en vez de hacerlo en sentido perpendicular. Una onda de este tipo es una onda longitudinal.Las ondas sonoras son ondas longitudinales

Onda mecánica

Una onda mecánica es una perturbación tensional que se propaga a lo largo de un medio continuo. El sonido es el ejemplo más conocida de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda de presión longitudinal.