Page 467 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

448 Capítulo 22 Sonido

Vibración forzada y resonancia

Cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro, este otro es forzado a
vibrar con la misma frecuencia que el original. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un
martillo y luego se coloca su base contra la cubierta de una mesa de madera, la intensidad del
sonido se incrementará repentinamente. Cuando se quita de la mesa el diapasón, la intensidad
disminuye a su nivel original. Las vibraciones de las partículas de la mesa en contacto con el
diapasón se llaman vibraciones forzadas.
Hemos visto que los cuerpos elásticos tienen ciertas frecuencias naturales de vibración
características del material y de las condiciones de frontera. Una cuerda tensa de una longitud
definida puede producir sonidos de frecuencias características. Un tubo abierto o cerrado
también tiene frecuencias naturales de vibración. Siempre que se aplican a un cuerpo una
serie de impulsos periódicos de una frecuencia casi igual a alguna de las frecuencias naturales
del cuerpo, éste se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande. Este fenómeno se
conoce como resonancia o vibración simpática.
Un ejemplo de resonancia es el caso de un niño sentado en un columpio. La experiencia
nos indica que el columpio puede ser puesto en vibración (oscilación) con gran amplitud por
medio de una serie de pequeños empujones aplicados a intervalos regulares. La resonancia
se producirá únicamente cuando los empujones estén en fase con la frecuencia natural de vi­
bración del columpio. Una ligera variación de los pulsos de entrada dará como resultado una
vibración pequeña o incluso ninguna.
El refuerzo del sonido por medio de la resonancia tiene múltiples aplicaciones, así como
también buen número de consecuencias desagradables. La resonancia en una columna de aire
en un tubo de órgano amplifica el débil sonido de una vibración de un chorro de aire vibrante.
Muchos instrumentos musicales se diseñan con cavidades resonantes para producir una varie­
dad de sonidos. La resonancia eléctrica en los receptores de radio permite al oyente percibir
con claridad las señales débiles. Cuando se sintoniza la frecuencia de la estación elegida, la
señal se amplifica por resonancia eléctrica. En auditorios mal diseñados o enormes salas de
concierto, la música y las voces pueden tener un sonido hueco desagradable al oído. Se sabe
que los puentes se destruyen debido a vibraciones simpáticas de gran amplitud producidas
por ráfagas de viento.

Ondas sonoras audibles

Hemos definido el sonido como una onda mecánica longitudinal que se propaga por un me­
dio elástico. Ésta es una definición amplia que no impone restricciones a ninguna frecuencia
del sonido. Los fisiólogos se interesan principalmente en las ondas sonoras que tienen la ca­
pacidad de afectar el sentido del oído. Por tanto, es conveniente dividir el espectro del sonido
en tres intervalos de frecuencias: sonido audible, sonido infrasónico y sonido ultrasónico.
Estos intervalos se definen como sigue

Sonido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de
frecuencias de 20 a 20 000 Hz.
Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se
denominan infrasónicas.

Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se
llaman ultrasónicas.

Cuando se estudian los sonidos audibles, los fisiólogos usan los términos fuerza, tono
y calidad (timbre) para describir las sensaciones producidas. Por desgracia, estos términos
representan magnitudes sensoriales y, por tanto, subjetivas. Lo que es volumen fuerte para
una persona es moderado para otra. Lo que alguien percibe como calidad, otro lo considera
inferior. Como siempre, los físicos deben trabajar con definiciones explícitas mensurables.