Semana Propiedades de las ondas sonoras Semana 1414 Propiedades de las ondas sonoras ¡Empecemos! El ruido es otra forma de sonido pero, a diferencia de éste, nos resulta desagradable, hasta el punto que una exposición frecuente e intensa, de más de 85 decibeles, producto del tráfico automovilístico, trabajo de construcción, fiestas, entre otros, trae consecuencias a nuestro sistema auditivo e incluso psíquico. En esta sesión veremos cómo el estudio de las propiedades de las ondas sonoras puede brindarnos algunas pautas para minimizar los ruidos de un lugar, brindando mayor absorción y aislamiento acústico.

¿Qué sabes de...? Realiza el siguiente crucigrama. 1

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Horizontales 2. Ondas que requieren de un material para propagarse. 6. Cantante con voz aguda de música clásica. 8. Cambio de dirección de la onda cuando choca con un obstáculo. 9. Distancia máxima que alcanza una partícula respecto a su posición de equilibrio. Verticales 1. Sonido que emiten los murciélagos. 3. Onda mecánica que se produce por movimientos bruscos de las placas tectónicas y que se propaga a través de la corteza terrestre. 4. El tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa. 5. Cualidad del sonido que está relacionada con la amplitud 7. Unidad de la frecuencia

El reto es... Los estudiantes del último año de bachillerato se propusieron, como labor social, acondicionar un recinto de su liceo, para realizar eventos, como las graduaciones, conferencias, socialización de experiencias pedagógicas, entre otros. Ellos quieren que el ruido interior y exterior no afecte el normal desarrollo de las actividades que allí se programarán. ¿En qué principios de las ondas sonoras deben basarse? ¿Qué factores deben tomar en cuenta para mejorar la acústica del lugar? ¿Qué tipo de materiales deben utilizar para acondicionar el lugar? ¿Qué condiciones deben reunir los materiales a utilizar? Al momento de seleccionarlos debes asegurarte que el material que elijas sea el menos contaminante posible, para cuidar nuestro hogar, la Tierra.

Vamos al grano Debemos evitar que la contaminación sonora se introduzca en las viviendas y lugares de trabajo. Esto es primordial para garantizar la salud de las personas que allí residen y nos permite mejorar la productividad del trabajo. Un recinto que se destine para aplicaciones que tengan que ver con el sonido, como un estudio de grabación, salón de clases, auditorios, entre otros,

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debe reunir unas condiciones que le permitan desempeñar este papel de manera óptima. Estudiaremos para ello algunas propiedades de las ondas sonoras que puedan ayudarnos para tal fin.

Propiedades de las ondas sonoras Las ondas sonoras se propagan en todas las direcciones. Cada vez que una onda sonora incide en una superficie, una parte de ella se refleja, otra parte lo absorbe en el material, dependiendo de las características de los materiales y el resto pasa o se transmite a través de la superficie. Reflexión

Muro Absorción

Transmisión Figura 36. Propiedades de las ondas sonoras La onda sonora reflejada es grande si las superficies son rígidas, compactas y lisas, como paredes de cemento (hormigón), baldosas y ladrillos, éstas absorben una pequeña parte del sonido, prácticamente toda la onda cambia de dirección, es decir, se refleja. Sin embargo, hay materiales que absorben la mayor parte de él, como la tela de una cortina o las láminas de corcho, entre otros. A veces, cuando el sonido se refleja en las paredes, techos y pisos de un lugar, las superficies vuelven a reflejarlo varias veces. A estas reflexiones múltiples se les llama reverberación, la cual se produce con un retardo causado básicamente por la distancia física entre la fuente de sonido original y las paredes del recinto. Sabrás por experiencia que, a medida que estés más lejos de la fuente sonora, la intensidad decrece, razón por la cual la propiedad de reverberación es deseable en auditorios, esto ayudaría a subsanar el problema de la atenuación de la intensidad del sonido. El efecto de reverberación es deseable además en este tipo de recintos porque produce una sensación de calidez del sonido y de amplitud del recinto.

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Sin embargo, si la reverberación es excesiva hace que el sonido pierda claridad y se vuelva confuso. La reverberación puede reducirse cubriendo las paredes y el techo del lugar con materiales suaves y porosos. Si las superficies reflectoras son muy absorbentes, el sonido decae rápidamente y el recinto será “acústicamente muerto”. Se debe buscar un equilibrio entre la reverberación y la absorción.

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Propiedades de las ondas sonoras Superficies altamente reflexivas aumentan el tiempo de reverberación.

Auditorio de propósito general: voz y música.

5.5 s

“Embarrado”, discursos inentendibles.

Ventaja Sonido musical mas rico.

3.5 s

1.5

2.5 s

1s

Ventaja Mayor claridad para discursos. Ideal para salas de lectura.

Superficies absorbentes acortan el tiempo de reverberación.

3s

Desventaja Perdida de claridad, dificultad en entender discursos.

Desventaja Menor riqueza y volumen. No útil para música.

Sonido “muerto”. Perdida de graves en el fondo de la habitación. Sin reverberación. Se cumple la ley de

0 s los cuadrados inversos.

Figura 37. Valores del tiempo de reverberación. Cuando el sonido viaja en medios con distintas velocidades se refracta, se desvía. Al hablar en una habitación, alguien nos puede escuchar en otro lado contiguo a ésta, ello ocurre porque el sonido cambió de medio de propagación. Decimos que se refractó desde el aire hacia el muro y se propagó por él. Luego volvió a refractarse pero desde el muro hacia el aire propagándose hasta la persona que nos escucha.

Aislamiento acústico En el reto propuesto al inicio se pretende insonorizar el lugar, esto es, aislarlo acústicamente, lo cual implica una doble dirección: 1. Evitar que el sonido que producimos salga al exterior (evitar la contaminación acústica). 2. Evitar que el ruido exterior penetre y distorsione el sonido del lugar. El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio.

Materiales acústicos Los materiales acústicos se pueden describir como aquellos que tienen la propiedad de absorber o reflejar una parte importante de la energía de las ondas acústicas que chocan con ellos. Estos juegan un papel muy importante

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para lograr minimizar los efectos indeseados que pueden producirse cuando la onda sonora se desplaza en un recinto. El objetivo de aislar es impedir la propagación de la energía sonora incidente, de tal forma que el aislante refleja gran parte de esta energía. Mientras que absorber consiste en disipar la energía de las reflexiones al transformarla en otras formas de energía, generalmente calor.

Materiales absorbentes La función de estos materiales es absorber la mayor parte de la energía que reciben, de manera que reflejen la mínima cantidad de sonido. Se utilizan para atenuar el paso del ruido entre ambientes distintos en suelos, paredes y techos. Por esta razón, cuando se quiere tener un espacio insonorizado, se recubre su parte interior o se rellena un doble tabique con materiales como el corcho, el aserrín o el plástico poroso. Los materiales absorbentes, por lo general, son porosos, ya que contienen numerosos huecos o espacios de aire dentro de su estructura. En los materiales porosos las ondas penetran en los orificios y el roce de las partículas de aire contra las paredes internas del material provoca una reducción en su movimiento, transformando la energía acústica en calor. Ejemplo de materiales porosos que absorben las medias y altas frecuencias son las alfombras, cortinas, tapices, ropa.

En la naturaleza se pueden encontrar ejemplos de materiales porosos: corcho, esponjas marinas, hueso reticular, madera, bambú, entre otras. Así como también materiales sintéticos creados por el ser humano: espuma de poliuretano, poliestireno expandido, lana de vidrio, entre otros.

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En el mercado existen variedad de materiales para el aislamiento, las más comunes son la madera, el icopor (se utiliza mucho como amortiguador para embalajes de objetos), fibra de vidrio, las lanas de poliéster, entre otras. Las lanas de poliéster de diferentes espesores sirven como óptimos materiales de aislamiento acústico. Una de sus ventajas con respecto a otros materiales absorbentes convencionales es que, en caso de exposición a las llamas, son ignífugas, además de ser económicas, hipoalergénicas y lavables. Algunas de ellas son producto de reciclado. Al reutilizar materiales contribuimos a reducir la contaminación de nuestro planeta.

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Figura 38. Icopor (comúnmente conocido como anime)

Para saber más… Es importante que revises los enlaces que sugerimos a continuación, ya que estos van a servirte de apoyo para las actividades propuestas. http://goo.gl/qcEdM

http://li.co.ve/r31

http://li.co.ve/r32

Aplica tus saberes La atenuación sonora depende de muchos parámetros que se deben tomar en cuenta al momento de aislar un recinto (salón de conferencias, auditorios, teatros, discotecas, estudios de emisoras radiales, entre otros), algunos de los cuales son: • Masa: cuanto más pesado sea el material, más sonido será capaz de disipar a través del mismo, trasmitiendo menos energía al otro lado del mismo. Por ejemplo, para el techo se emplean planchas de yeso laminado, así como para las paredes. • Los aislantes deberán ser materiales pesados, flexibles y continuos, para atenuar el paso del ruido entre lugares distintos. • Factor multicapa: se trata de elementos constructivos constituidos por varias capas; cada elemento o capa tiene una frecuencia de resonancia que depende del material que lo compone y de su espesor. Si se dispo-

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nen dos capas del mismo material y distinto espesor, y que por lo tanto tendrán distinta frecuencia de resonancia, la frecuencia que deje pasar en exceso la primera capa, será absorbida por la segunda. A mayor espesor, mayor absorción. • Las frecuencias más difíciles de atenuar son las bajas o graves debido a que tienen gran longitud de onda, se utilizan para ello cámaras de aire, se dejan espaciados vacíos entre las paredes así como dos techos falsos que ayudarían a evitar esto. • Amortiguación interna: esta se utiliza para reforzar la efectividad de la cámara de aire en donde se coloca material absorbente al interior de la pared, para disipar la energía sonora y convertirla en calor. Para intentar dar respuesta al problema inicial, puedes seleccionar algunos materiales (poliestireno expandido, madera, concho aglomerado, espuma de poliuretano, hormigón, entre otros) y realizar un cuadro comparativo, atendiendo a capacidad de absorción, impactos del material al medio ambiente, costos, disponibilidad en el mercado, entre otros. Posteriormente escoge cuál de ellos muestra un mayor beneficio, argumentando ¡claro está! el porqué de esta elección. Utiliza en tus razones los principios estudiados en esta sección. ¡Investiga! En los enlaces de la sección “Para saber más”.

Comprobemos y demostremos que… Previa reunión en el CCA, elabora un breve informe de los materiales que utilizarías para dar respuesta a la situación inicial y discútelo con tus compañeros.

Somos dueños de nuestro destino. Somos capitanes de nuestra alma. Winston Churchill

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Referencias Bibliográficas Alvarenga, Beatriz y Ribeiro, Antonio (2001). Física General. Con experimentos sencillos. Oxford University Press. México. Batllori, J. (2007). Juegos para entrenar el cerebro. Desarrollo de habilidades cognitivas y sociales. Narcea de ediciones. Madrid. Hewit, Paul G. (2004). Física conceptual. Novena edición. Pearson Educación. México. La enciclopedia del estudiante (2006). Tomo 11: matemática. 11-1era ed. Santillana. Buenos Aires. Ibáñez, Patricia y García, Gerardo (2006). Matemáticas II. Geometría y trigonometría. Thomson Editores. México. Mendoza (2008). Diseño de una secuencia didáctica, donde se generaliza el método de factorización en la solución de una ecuación cuadrática. Trabajo de grado. Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del IPN. México. Moscovich, Ivan (2009). Rompecabezas lógicos. BrainsMatics. Sullivan, Michael (1997). Trigonometría y geometría analítica. 4ª Ed. Prentice Hall. México. IRFA (2010). 9no. Semestre de Educación Básica para Adultos II. Caracas, Venezuela. IRFA (2010). 10mo. Semestre de Educación Básica para Adultos II. Caracas, Venezuela.

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