REFRACCIÓN DE SONIDO
Después de leer esta sección, podrá hacer lo siguiente:
- Defina la refracción del sonido y por qué ocurre.
- Describir lo que ocurre cuando una onda de sonido alcanza el ángulo crítico.
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Preguntas
- ¿Qué sucede con el sonido que viaja en un material cuando entra en otro material en un ángulo normal a la superficie entre los dos materiales (90 grados a la superficie)?
- ¿Qué sucede con el sonido que viaja en un material cuando entra en otro material en un ángulo que no sea normal a la superficie entre los dos materiales?
- ¿Qué sucede con el sonido a medida que el ángulo incidente se acerca a ser paralelo a la superficie?
El sonido viaja entre materiales
Recuerde que el sonido viaja más rápido en algunos materiales que en otros. Las ondas sonoras viajan hacia afuera en líneas rectas desde su fuente hasta que algo interfiere con su camino. Cuando el sonido cambia de medio (entra en un material diferente) en un ángulo distinto de 90 grados, se dobla desde su dirección original. Este cambio en el ángulo de dirección se denomina refracción. Debido al ángulo, parte de la onda entra primero en el nuevo medio y cambia de velocidad. La diferencia de velocidades hace que la ola se doble. La velocidad del sonido en cada material está determinada por las propiedades del material (módulo elástico y densidad) para ese material.
En la animación de abajo, se muestran una serie de ondas planas que viajan en un material y entran en un segundo material que tiene una velocidad acústica más alta. Por lo tanto, cuando la onda se encuentra con la interfaz entre estos dos materiales, la porción de la onda en el segundo material se mueve más rápido que la porción de la onda en el primer material. Se puede ver que esto hace que la ola se doble.
El ángulo de refracción depende del ángulo que las olas se tiene cuando se entra en el nuevo medio y las velocidades de las ondas en los dos materiales. La Ley de Snell describe la relación entre los ángulos y las velocidades de las ondas. La ley de Snell equipara la relación de las velocidades del material V1 y V2 a la relación de los ángulos de seno incidente (Q1) y refractado (Q2), como se muestra en el applet anterior y en la siguiente ecuación.
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Donde: VL1 es la velocidad de onda longitudinal en el material 1. VL2 es la velocidad de onda longitudinal en el material 2. |
Cabe señalar que solo una parte del sonido entra en el segundo medio. Una parte del sonido también se refleja en el primer medio. El ángulo de la onda incidente hace con una línea normal a la interfaz es igual al ángulo de la onda reflejada hace a la misma línea normal. También debe tenerse en cuenta que cuando el ángulo de la onda incidente alcanza un ángulo lo suficientemente grande, la onda de sonido ya no entra en el segundo material, sino que la onda corre a lo largo de la interfaz entre los dos materiales. El ángulo donde esto ocurre se llama ángulo crítico.