La energía del sonido es el tipo de energía que permite que nuestros oídos perciban algo. Cuando un cuerpo vibra o se mueve de un lado a otro, se produce un sonido. El sonido necesita un medio a través del cual fluir para propagarse. Este medio puede estar en forma de gas, líquido o sólido. El sonido se propaga a través de un medio cuando las partículas del medio vibran desde un punto de referencia.
Reflexión del sonido: el sonido se refleja en una superficie de la misma manera que la luz, y ambos obedecen las mismas leyes de reflexión. Los sonidos incidente y reflejado están en ángulo recto con respecto a la normal, y todos se encuentran en el mismo plano.
El oído humano puede escuchar sonidos en el rango de frecuencia de 20 Hz a 20 KHz; estos sonidos se denominan sonidos audibles . por ejemplo: música, instrumentos y galletas. Sin embargo, el oído humano no puede escuchar frecuencias por debajo de 20 Hz y por encima de 20 KHz, que se denominan Sonidos Inaudibles . Por ejemplo: se cree que las llamadas de los murciélagos están en el rango ultrasónico inaudible.
El infrasonido o sonido infrasónico se refiere a sonidos de frecuencias por debajo de 20 Hz. El sonido ultrasónico , o ultrasonido , se define como frecuencias superiores a 20 kHz. El ultrasonido a menudo se usa para desinfectar piezas de difícil acceso, como tubos en espiral, piezas con formas extrañas y componentes eléctricos. Los bloques de metal se pueden inspeccionar con ultrasonido para encontrar defectos y fallas.
Además, un dispositivo especial llamado SONAR utiliza sonidos ultrasónicos que son útiles para medir la distancia, la dirección, la velocidad y otros aspectos de los objetos o cuerpos bajo el agua.
SONAR
SONAR son las siglas de Sound Navigation and Ranging. SONAR es un proceso de comunicación o detección de objetos bajo el agua. Generalmente es utilizado por barcos, submarinos para detectar objetos bajo el agua como rocas, icebergs que causan un grave riesgo para los barcos. Los submarinos también se comunican con la ayuda de SONAR y, durante las guerras, los barcos militares y los submarinos detectan torpedos submarinos y ataques con misiles con la ayuda de SONAR. Por lo tanto, sirve para muchos usos, pero primero entendamos el funcionamiento de SONAR.
Funcionamiento del SONAR
SONAR funciona mediante ondas ultrasónicas . En las técnicas SONAR se utilizan un transmisor y un receptor. Todo el dispositivo ha sido cargado en la nave. El transmisor genera ondas ultrasónicas o ultrasonidos. Estas ondas viajan a través del agua. Las olas atraviesan el agua y golpean objetos sumergidos o en el fondo del mar. Estas ondas se reflejan en los objetos o en el fondo del mar después de que golpean. Como resultado, el receptor recoge estas ondas. Las ondas ultrasónicas luego se convierten en señales eléctricas, que se estudian para determinar las condiciones y los obstáculos bajo el agua.
Representación del funcionamiento de SONAR
A continuación se definen los términos relacionados con el funcionamiento del SONAR:
• Emisor y Transmisor : Un emisor o transmisor es un dispositivo que produce ondas sonoras ultrasónicas y las envía a diferentes direcciones del barco o submarinos.
• Receptor: Un receptor, a veces también llamado detector, es un dispositivo que detecta y recibe el eco proveniente de las ondas transmitidas provenientes de diferentes objetos y las analiza para encontrar la distancia de los objetos y muchas cosas más.
• Ondas ultrasónicas: Las ondas ultrasónicas o ultrasonidos son aquellas ondas sonoras que tienen una frecuencia superior a los 20kHz (o 20.000 Hz).
Determinación de la profundidad del mar mediante SONAR
Consideremos un ejemplo: un barco emite ondas ultrasónicas en el agua usando el emisor y recibe una onda después del tiempo t, y sabemos que la velocidad del sonido en el agua es v. Si d es la distancia desde el objeto y el barco, entonces el total la distancia recorrida por la onda desde el emisor al receptor es 2d. Por lo tanto, la velocidad del sonido en este caso se define como:
v = Distancia total recorrida por la ola / Tiempo empleado
= 2 días / t
Simplifica para d, como:
re = (v × t) / 2
Esta es la expresión requerida para determinar la distancia del objeto al barco. Este método se llama Echo-ranging .
Usos de SONAR
La tecnología de sonda se utiliza principalmente para calcular la profundidad, el alcance y la dirección de presencia de objetos. A continuación se presentan algunos usos de la tecnología de sonda:
- Para las comunicaciones submarinas, los barcos y submarinos utilizan sonares especiales.
- El sonar se utiliza en imágenes médicas para detectar quistes y células cancerosas, y este proceso se conoce como sonograma.
- Es utilizado por los militares para rastrear buques de guerra y submarinos enemigos.
- El sonar se usa a menudo para monitorear tuberías que transportan petróleo y gas para detectar posibles daños.
- Se utiliza para muchas investigaciones científicas del mar para medir características como la profundidad del mar en un punto.
- Es utilizado por los pescadores para localizar los bancos de peces.
¿Cómo buscan los murciélagos a sus presas?
Las ondas ultrasónicas son generadas por los murciélagos. Cuando estas ondas chocan con otras, se reflejan de vuelta a las orejas del murciélago. Los murciélagos comprenden la naturaleza de los reflejos de estas ondas y, por lo tanto, determinan la ubicación del objeto sobre su presa. Este proceso se llama ecolocalización.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Qué es exactamente un estampido sónico?
Solución:
Cuando un objeto viaja por el aire a una velocidad más rápida que el sonido, produce un sonido de alta energía. Esta fuerza es lo suficientemente fuerte como para romper vidrios y causar daños estructurales. El sonido emitido es cercano al de un trueno o un terremoto. Estos objetos ejercen una gran cantidad de energía en el aire, provocando que las ondas de choque se propaguen a través de él. Los estampidos sónicos son el resultado de estas ondas de choque, que crean ondas de sonido extraordinariamente grandes y ruidosas.
Problema 2: Un barco envía una señal que regresa del fondo del mar y es detectada por el receptor del barco después de 3,4 s. Si la velocidad del ultrasonido a través del agua de mar es de 1530 m/s, ¿calcula la distancia del fondo del mar al barco?
Solución :
Dado que,
El tiempo de transmisión y recepción de la onda sonora, t es de 3,4 s.
La velocidad del ultrasonido a través del agua, v es 1530 m/s.
Por tanto, la fórmula para calcular la distancia del objeto al barco es:
re = (v × t) / 2
Sustituye los valores dados en la expresión anterior.
d = (1530 m/s × 3,4 s) / 2
= 5202 m / 2
= 2601 metros
Por lo tanto, la distancia entre el barco y el fondo del mar es de 2601 mo 2,6 km .
Problema 3: Un submarino militar emite una señal de sonar, que regresa desde un acantilado submarino frente a él en 1,2 s. Si la velocidad del sonido en el agua de mar es de 1525 m/s, ¿a qué distancia está el acantilado del submarino?
Solución :
Dado que,
El tiempo que tarda el pulso en volver después de golpear el acantilado, t es 1,2 s.
La velocidad del sonido en el agua de mar, v es 1525 m/s.
Por tanto, la fórmula para calcular la distancia del objeto al barco es:
re = (v × t) / 2
Sustituye los valores dados en la expresión anterior.
d = (1525 m/s × 1,2 s) / 2
= 915 metros
Por tanto, la distancia entre el submarino y el acantilado es de 915 m .
Problema 4: Un barco en la superficie del agua envía una señal y la recibe del submarino dentro del agua después de 4 s. Calcula la distancia del submarino al barco (Dado: La velocidad del sonido en el agua es de 1450 m/s.
Solución :
Dado que,
El tiempo que tarda la señal en volver al barco, t es de 4 s.
La velocidad del sonido en el agua, v es 1450 m/s.
Por tanto, la fórmula para calcular la distancia del objeto al barco es:
re = (v × t) / 2
Sustituye los valores dados en la expresión anterior.
d = (1450 m/s × 4 s) / 2
= 2900m
Así, la distancia entre el barco y el submarino es de 2900 mo 2,9 km .
Problema 5: Un SONAR capta una señal reflejada después de 5,5 s. ¿A qué distancia está el cuerpo?
Solución:
Dado que,
El tiempo que tarda la señal en volver al barco, t es de 5,5 s.
Y se sabe que, la velocidad del sonido en el agua, v es 1450 m/s.
Por tanto, la fórmula para calcular la distancia del objeto al barco es:
re = (v × t) / 2
Sustituye los valores dados en la expresión anterior.
d = (1450 m/s × 5,5 s) / 2
= 3987,5 metros
Por tanto, la distancia entre el barco y el submarino es de 3987,5 mo 4 km .
Problema 6: ¿Qué es un eco?
Solución:
El eco ocurre cuando se escucha el mismo sonido repetidamente en un medio. Durante 0,1 segundos, la vibración o eco persiste en nuestra cabeza. Esto implica que el intervalo de tiempo entre una señal y su eco debe ser de al menos 0,1 segundos. Se forma como resultado del sonido que se refleja en un medio. Podemos escuchar varios ecos si el sonido se refleja más de una vez.
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Artículo escrito por saikatmohanta43434 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA