Tema 8: El so

02_CN_Dossier tema 08 El So

1 Introducció

Fins ara hem estudiat una part de la física que s’encarrega d’estudiar les partícules, la forma en que interactuen i com es transmet l’energia d’uns als altres.
Però, aquest estudi de la natura és incomplet ja que ens falta una part important, els fenomens ondulatoris coneguts com so i llum.
Com sabeu, veiem el món al nostre voltant. El sentim constantment. Llums,colors, sons… Què són en realitat? Quines són les diferències entre els sons? Què hi ha entre un do i un re? Com es pot passar del vermell al blau? Quina és la velocitat de la llum? Com afecta a allò que nosaltres veiem? Com funcionen les ulleres?
Tot això també és energia…

2 Què és el so?

Començarem el nostre viatge estudiant el so, un fenòmen que coneixem massa bé en un Centre Escolar.
Percebre el so és una capacitat dels éssers humans i d’alguns animals que permet recollir, mitjançant la vibració d’un element de l’oïda, el timpà, les variacions en la pressió que experimenta l’aire que envolta l’orella i les converteix en impulsos nerviosos que arriben al cervell.
Les variacions de pressió no són més que compressions i descompressions de l’aire que ens envolta.

campana de buit

Dibuix 1: Si en la ràdio de la dreta hem fet el buit a la campana no la podrem escoltar!!

Estem parlant, per tant, d’una transmissió d’energia ja que permet fer un canvi d’una part del nostre cos.
El so és un conjunt de vibracions d’un medi que en transmetre’s i arribar l’oïda pertorben els receptors auditius donant-nos la sensació sonora.
Els sons es propaguen en forma d’ones tant en els materials sòlids, líquids com gasosos. No es poden transmetre en absència d’un medi pel qual propagar-se.
Un cos que emeti un so ha de poder vibrar. Si piques una copa amb un ganivet, emetrà un so; fes la prova i, si t’hi fixes, veuràs com vibra la copa! També pots imaginar-te una corda d’una guitarra o simplement, pressiona una mica sobre les teves cordes vocals.
No obstant, podem sentir tots els sons? Sabràs que existeixen uns silbats que només poden sentir el gossos? Això és perquè ens falta un paràmetre molt important de les ones, la freqüència.
S’anomena freqüència del so al nombre de vegades que vibra un cos en un segon.
Es pot calcular mitjançant:

f= nombre de vibracions/t

Sons orella

Dibuix 2: L’orella humana té uns límits d’audició.

On f és la freqüència que es mesura en Hz (Hercis) i t és mesura en segons.
L’ésser humà té la capacitat de sentir sons que estiguen entre 20 Hz i 20.000 Hz, per baix o per damunt d’aquestes freqüències no ho podem escoltar. Pel contrari, un gos pot sentir fins 60.000 Hz!
Per tant, per un humà puga sentir un so s’han de complir algunes condicions:
Un cos cal que vibre amb una freqüència entre 20 i 20.000 Hz.
Que hi haja una medi material elàstic que el puga transmetre, per a que les partícules del medi puguen tornar a la seva posició d’origen i continuar la seva vibració.
Evidentment, que hi haja un receptor.sons dos persones

 

2.1 Velocitat del so

speed_of_sound

Dibuix 3: La velocitat del so és finita.

Com hem dit, el so es transmet per contacte a les partícules del medi que envolta l’emissor, i s’allunya d’aquest a una velocitat constant que dependrà de la natura del medi de transmissió. Aquesta velocitat a l’aire no és molt alta, un fet que haureu comprovat a voltes quan veu un llamp i sentiu un tro segons més tards o vegeu focs artificials a certa distància.
Però no en tots els medi es es propaga a la mateixa velocitat, depèn de les característiques del medi en què es transmet aquesta ona; pressió, temperatura, humitat, entre d’altres.
Alguna exemples són:

  • La velocitat del so en l’aire és de 340 m/s.
  • En el aigua (a 35 ° C) és de 1.493 m/s.
  • A la fusta és de 3.700 m/s.
  • En el formigó és de 4.000 m/s.
  • En el acer és de 6.100 m/s.
  • En el alumini és de 6.300 m/s

Podem utilitzar aquesta propietat per saber a quina distància està una tempesta ja que el so es comporta com un MRU i podrem aplicar les expressions matemàtiques que hi vam apendre.
També aquestes diferències fa que en ocasions un mateix colp en una barra de ferro prou llarga done lloc a dos sons diferents, un que es transmeta per l’aire i l’altre per la barra.

2.2 Les ones

piedra_rebotando_sobre_el_agua_muralesyvinilos_7655038__XXL

Dibuix 4: Pedra creant ones.

Abans de continuar en el tema hem de fer un petita reflexió sobre les ones i com les representem.
Comencem amb la definició d’ona:
Una ona és la propagació d’energia sense desplaçament de matèria.
És a dir, es un procés en el qual es pot alterar la matèria però sense que es desplacen realment les partícules.
Hi ha molts exemple d’ones, des de les ones de la mar fins les que fem en una corda, passant per les que crea una pedra quan rebota sobre la superfície de l’aigua.
Les ones es representen amb gràfiques de la següent forma:

300px-Senyal_analogic

Dibuix 5: Ona clàssica

L’amplitud és la màxima pertorbació, i com podem veure, la seua forma es va repetint en el temps.
Les ones tenen dos propietats, entre altres, fonamentals quan canvien de medi:
Reflexió: quan una ona canvia la direcció de propagació, degut a l’impacte amb un material reflectant.
Refracció: canvi de direcció de les ones degut al fet que penetren en un nou medi.

reflrefr

Dibuix 6: Les ones tenen dos comportaments al arribar a un altre medi.

2.3 Característiques del so

Els sons es poden distingir per tres característiques bàsiques:

Intensitat

La intensitat està vinculada a l’amplitud de l’oscil·lació i és el que nosaltres percebem com a un só fort o feble.
Mirem la següent gràfica:

amplitud- intensidad

Dibuix 7: Ona sonora amb diferent intensitat.

Com podem veure, a mesura que pugem el volum la gràfica de l’ona es fa més alta, és a dir, augmenta la seva amplitud o intensitat sonora.font Universitat de Barcelona www.ub.edu
La intensitat del so es mesura generalment en decibels (dB) encara que no és una unitat del SI.
Els son que podem percebre varien entre 0 dB (llindar d’audició) i 140 dB (llindar del dolor). Podem veure la taula completa al marge.
Val a dir, la intensitat del so es va atenuant poc a poc al allunyar-nos el focus emissor, de tal manera que la forma de la seva ona canvia tal i com podem veure en la figura. Aquest fenomen es diu atenuació:

esmortiment

Dibuix 8: Ona sonora atenuant-se.

L’aparell utilitzat per mesurar la intensitat del so és el SONÒMETRE.

sonometro-pce-322a-tripode2

To

És la propietat del so que permet distingir entre sons greus i els sons aguts. Està relacionat amb la freqüència de l’ona sonora, tant que la seva unitat de mesura és l’hertz (Hz).
Per poder distingir clarament aquest concepte val la pena mirar les següents gràfiques on vegem un so agut i un altre de greu:

so greu so agut

Com podem observar es tracta de dos sons de mateixa amplitud, però un vibra el doble de ràpid que l’altre.
Aquell que vibra més ràpid, té més freqüència i es diu agut, mentres que el més lent s’anomena greu.
Podem dir, aproximadament, que:

agut-greu

Timbre

És la propietat del so que permet distingir sons amb el mateix to i la mateixa intensitat emesos per dos cossos diferents.
Dit d’un altra manera, ens serveix per a diferenciar els sons fets de diferents fons, encara que siguen de la mateixa intensitat i mateix to. Es veu molt clarament, mirant els dibuixos de les ones característiques dels instruments musicals.

agut
D’aquesta forma, el timbre permet distingir si la mateixa nota ha estat emesa per una diapasó, un clarinet o per un violí.
També, gràcies al timbre podem saber qui parla encara que no el veiem, ja que cadascú té el seu timbre de veu propi.

2.4 Propietats del so

Eco
L’eco és un fenomen produït per la reflexió d’un so en un obstacle i es percep com la repetició del so.eco1
Quan es parla davant una paret rocosa o un edifici alt, primer se sent el so directe i després el so reflectit per l’obstacle.
Perquè l’orella percebi dos sons diferents, aquests han de produir-se en un interval de temps de 0,1 s, com a mínim.
Tenint en compte que la velocitat de propagació del so a través de l’aire és de 340 m/s, en aquest interval de temps el so recorre una distància que es pot calcular mitjançant la fórmula:

v=s/t

 

Ara aplicant les dades numériques al cas del dibuix:
→però clar, això es d’anar i tornar, per tant el penyasegat es troba a la mitad de la distància, és a dir, 17 m.
En resum, hi haurà eco si la distància entre el focus emisor del so i el penyasegat és, com a mínim, de 17 metres.
Si estem més lluny, també és possible sentir eco, però depenent de l’atenuació por ser tan poc intens que no m’adone.
Alguns usos d’aquesta propietat són l realització d’ecografies i les prospecccions martítimes.
Reverberació
La reverberació és un fenomen derivat de la reflexió del so i és realment molest, sol ocurrir en recintes grans o en petits però amb poca decoració.
La reverberació consistent en una lleugera prolongació del so una vegada s’ha extingit l’original, a causa de les ones reflectides.
Si aquestes ones reflectides arriben a l’oient separades del so directe amb retard superior a 60 milisegons (recorda que l’eco es prodïa si la diferència entre els dos sons eren 100 milisegons)
En general, el temps de reverberació serà més gran com més gran sigui l’espai i com menys absorbents siguin les superfícies que el limiten i el seu contingut.
Així, per exemple, una habitació buida “ressona” més que la mateixa habitació moblada (o sigui, té un temps de reverberació més llarg) degut a que els mobles, estores, cortines, ocupants, etc. absorbeixen so disminuint el temps de reverberació.

en32-1_fig3

 

3 Contaminació acústica

ruidogrande

Dibuix 9 El soroll és més problemàtic del que sembla.

Què és la contaminació acústica?
La contaminació acústica és la contaminació que altera les condicions de so normals del medi ambient en una determinada zona. El terme fa referència al soroll (entès com a so excessiu i molest) provocat per les activitats humanes (trànsit, indústries, locals d’oci,…) i que produeix efectes negatius sobre la salut auditiva, física i mental de les persones. Si bé el soroll no s’acumula, trasllada o manté en el temps com les altres contaminacions, també pot causar grans danys en la qualitat de vida de les persones si no es controla.
Un informe de l’Organització Mundial de la Salut (OMS), considera els 70 dBa, com el límit superior desitjable. A Espanya, s’establix com a nivell de confort acústic els 55 dBa. Per damunt d’aquest nivell, el so resulta perniciós per al descans i la comunicació. L’exposició prolongada a un soroll excessiu pot provocar danys, reversibles o no, al sistema auditiu. També pot afectar l’atenció, l’irritabilitat, la fatiga i altres aspectes relacionats amb la psicologia i el comportament dels éssers vius.
Quins efectes ens produeix?
Mica en mica la societat pren consciència de la importància dels efectes nocius per a la salut de les persones produïts per l’acumulació de soroll:
Tot i que de vegades no hi posem atenció, la sensació auditiva desagradable i molesta del soroll genera alteracions en el comportament de les persones com irritabilitat, mal humor, incomunicació, etc.
Les alteracions de la conducta unides a d’altres situacions com l’insomni o la falta de descans quan el soroll ens impedeix dormir poden comportar problemes de salut com la fatiga i l’estrès.
Més important encara és l’exposició excessiva al soroll, ja que pot provocar problemes aguts com pèrdua de capacitat auditiva, mals de cap, etc.
A més dels efectes en la salut humana, cal afegir que el soroll ambiental té greus efectes en la fauna, no només en animals molt sensibles ―com és el cas dels nocturns―, sinó també perquè pot provocar interferències i el trencament de la tranquil·litat ambiental que sovint necessita la fauna en determinats moments del seu cicle vital: durant la reproducció, la caça, per amagar-se, etc.

294249

Dibuix 10: Mesures passives contra el soroll.

Què podem fer?
Per a combatre aquest tipus de contaminació podem aplicar dos tipus de mesures:
Actives: Afecten al focus de l’emissió sonora, és a dir, reduïr la intensitat de l’ona que es genera. Per exemple: ficar silenciadors als tubs d’escapaments de les motocicletes.
Passives: Intenten atenuar el més eficaçment l’ona sonora. Aquestes es fiquen en marxa quan no és possible o és molt complicat aplicar mesures actives. Per exemple: els treballadors de la contrucció que utilitzen un ferramentes potents i es fiquen uns cascos per esmortir el soroll.
A continuació fiquem algunes mesures que podem fer a la nostra vida diaria:
Al carrer i en espais públics, eviteu contribuir a l’excés de soroll, especialment en horari nocturn i en àrees on la tranquil·litat és important (hospitals, escoles, etc.).
A la natura, respecteu la tranquil·litat ambiental. La contaminació acústica en aquests espais pot ser un factor molt important d’impacte ambiental, especialment sobre la fauna.
Al volant, eviteu que el vostre vehicle sigui un focus de contaminació acústica: modereu la velocitat, no feu servir el clàxon si no és de forma justificada i eviteu fer un mal ús dels elements que poden ser potencialment molt sorollosos (tub d’escapament, ràdio, etc.).
A casa, modereu el volum dels aparells electrònics, especialment equips de so i televisors.
Quan compreu aparells electrònics, trieu els que siguin més silenciosos. A més, desconnecteu els que no feu servir, ja que sovint, estant en posició en espera, provoquen una remor de fons poc perceptible però que contribueix a contaminar acústicament la llar.
Molta precaució amb els infants, ja que la seva oïda és molt sensible! És important que trieu joguines poc sorolloses i que modereu el volum dels dispositius electrònics.

4 Exercicis

propietats so

Exercici 35

1. Què cal que es cumplixca per a que un cos produixca un so?
2. Explica la frase del cartell de la pel·licula “Alien, el octau pasatger”: “A l’espai ningú pot sentir els teus crits”
3. Què és la freqüència d’un so? Per què és important aquesta dada?
4. Investiga: Completa el següent dibuix sobre l’orella: ac4b40f4-9aa6-4d4e-8dd6-209422995e6e
5. Respecte a l’orella. Quina funció tenen les següents parts:
a) Pavelló auricular:
b) Timpà
c) Cadena ossicular
6. Comenta les següents frases dient si son vertaderes o falses:
a) El so viatja sempre a la mateixa velocitat
b) El so es propaga en totes les direccions
c) El so no es propaga en tots els mitjans
7. Completa la frase:
a) El és una . Una ona ésuna que es propaga pel . En una ona es propaga , no .
8. Un cos vibra 500 vegades durant dos segons, calcula la freqüència de la seua vibració? Serà audible per un humà?
9. Un cos efectua 600 vibracions en 30 segons. Quina és la seva freqüència en hertz?
10. Una corda vibra en una freqüència de 300 Hz. Quantes vegadas haurà vibrat en 4 segons?
11. Un soroll té una una freqüència de 1300 Hz, i sabem que ha vibrat 7800 vegades. Quant temps ha tardat en fer-se el soroll?
12. La freqüència a la qual vibra un cos és de 500 Hz Quantes oscil·lacions hi haurà efectuat al cap d’un minut?
13. Un cos efectua 2300 oscil·lacions en 50 s. Quina és la seva freqüència?
14. Calcula la distància a què es troba una tempesta si hem vist un llamp 5 segons abans que hem sentit el soroll del tro.
15. En una zona de l’oceà Pacífic s’ha produït un tsunami i l’ona viatja amb una velocitat de 320 km/h. Si a 780 km de distància del lloc on s’ha produït el tsunami es troba un conjunt d’illes, de quant temps disposa la població per evacuar les zones properes a la platja?
16. Joan vol fer un ambient lliure d’ones sonores i per això fa una caixa de vidre i li treu tot l’aire. Què es pot dir sobre això del seu experiment?
a) Està equivocat perquè pel vidre es filtra el so.
b) Està equivocat perquè pel buit refracta el so.
c) Està equivocat perquè pel buit reflecteix el so.
d) Està encertat perquè el vidre reflecteix tot el so.
e) Està encertat pel perquè el buit no transporta el so.
17. Si la intensitat d’una nota musical es duplica, què passa amb la freqüència?
A) Es manté igual B) Es duplica C) Es redueix a la meitat D) Es quadruplica I) Es redueix a la quarta part
18. Quina distància haurà recorregut una ona sonora per l’aire en 1 ms?
19. En moltes pel·lícules de l’antic Oest el indis posaven l’orella a les vies del tren per saber si venia. Per què creus que ho feien? Raona la teva resposta.
20. Investiga:
a) Què és una ecografia? Per a què serveix? Hi ha perill per a la mare o el nadó? Raona la teva resposta.
b) Què és el sonar? Per a que es pot fer servir aquesta tècnica.
21. Quan triga el so en recórrer 3 000 m per l’aigua, si sabem en aquest medi va a 1 500 m/s
22. La distància entre la Terra i la Lluna és de 384 400 km. Si un meteorit cau a la Lluna. Quan de temps trigarem o tardarem en sentir el soroll de l’impacte?
23. Una viga de ferro de 2 km es colpetjada per un martell. A l’altre extrem es troba una persona amb l’orella pegada a la viga. Quants sorolls sentirà? [vaaaaa, en sentirà 2!!!!)]Quant de temps tardarà la persona a sentir cada soroll? Sentirà eco o reverberació?
24. A quina distància d’una roca reflectora es troba un caçador que sent el ressò tres segons després del tret?
25. Que distància es troba una font sonora si el so emès triga mig segon a arribar-te.?
26. Una persona es troba enmig de dos parets. La primera està a 25 metres i la segona a 40. Quant arribarà el primer eco? I el segon? I haurà un tercer? Creus que l’últim eco serà més , menys o igual de fort que el segon. Raona la teva resposta.
27. Si el so necessita un medi per a propagar-se. Has fet bé l’exercici número 22?
28. Quines són les qualitats del so?
29. Defineix “intensitat” i “decibel”
30. Per què diem que l’oïda humana és limitat?
31. Digues el que sàpigues sobre el to
32. Què pots dir del “timbre”?
33. Un so, la freqüència del qual és 18,000Hz es considera un so:
A) Ultraso       B) Infraso       C) Audible i agut      D) Audible i greu     E) Imperceptible
34. Respon aquestes preguntes sobre el so:
a) Si dues persones emeten exactament la mateixa nota en cantar una cançó, com és possible que en distingim les veus?
b) En el teclat d’un piano, què augmenta, relacionat amb el so, a mesura que polsem les tecles d’esquerra a dreta?
c) Si polsem una corda d’una guitarra, de primer suaument i després més fort, canvia el to del so? Canvia el timbre? Què és el que canvia realment?
35. Observa la següent gràfica:
a) Quina ona sonora sonaria més forta?
b) Quina ona tindria un to més alt?
36. Agrupa en tres columnes els conceptes següents i relaciona’ls amb la intensitat, el to i el timbre.
fort, ultrasò, nota de piano, soroll de 80 dB, xiulit de 20 000 Hz, nota de flauta, murmuri de 10 dB, nota de guitarra i colp de 10 000 Hz.
37. Observa les ones següents i digues quina té major freqüència

propietats so_2

Exercici 37

soroll

Exercici 39

38. Fes un dibuix de dues ones sonores de forma que:
a) La freqüència d’una siga el doble que la de l’altra, encara que tinguen la mateixa amplitud.
b) L’amplitud d’una siga el doble que l’amplitud de l’altra, encara que tinguen la mateixa freqüència
c) L’amplitud d’una siga el doble que l’amplitud de l’altra però la seva freqüència la meitat.
39. Que li falta al senyor del dibuix per no patir cap malaltia per culpa de la contaminació acústica? És una mesura activa o passiva?
40. Comenta les següents situacions des del punt de vista sonor. Identifica els focus de soroll, quins són els afectats, quines mesures i de quin tipus creus es poden fer per a reduïr el soroll, etc.
a) Quan s’enlaira un avió
b) En una discoteca qualsevol
c) En un restaurant
d) Soroll de trànsit dens
e) En una classe qualsevol
f) Quan ens trobem a una biblioteca
41. Realitza un mapa conceptual del tema.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *