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NO ME SALEN
EJERCICIOS RESUELTOS DE FÍSICA Y BIOFÍSICA
Ondas - Sonido
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Ejercicio 2.9 -
Una fuente de sonar utilizada para detección subacuática emite pulsos de 0,1 s de duración cada T segundos. ¿Cuánto debe valer T, como mínimo, para que el eco sea recibido antes de la emisión del pulso siguiente, al reflejarse en objetos a una distancia de a) 50 m, b) 1 km?
(v = 1.500 m/s). |
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Claro, ya sé... primero te gustaría saber qué es un sonar, o con qué se come. El sonar y la tecnología de las ecografías, y el sistema de "visión" de los murciélagos... todos funcionan básicamente de la misma manera: gritando ECO frente a un murallón suficientemente grande y escuchando cómo el murallón contesta: eco. |
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El eco no es otra cosa que el rebote de la onda acústica en alguna superficie reflectante y la tecnología no es más que el arte de "escuchar" correctamente esa reflexión.
En particular el sonar (el primero de todos esos desarrollos tecnológicos si no consideramos a los murciélagos que lo desarrollaron hace millones de años) consiste en enviar pulsos de sonido hacia el fondo del mar y escuchar los rebores desde el fondo.
El rebote, como es lógico, siempre es muchísimo más tenue que el pulso emitido, de modo que para escucharlo con atención hay que hacer silencio, es decir hay que dejar de emitir sonidos. Por eso las emisiones se hacen en pulsos: emito un sonido y me callo para no ensordecer al micrófono. |
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Exactamente lo mismo hacen los murciélagos. Cuando se escuchan sus emisiones siempre son entrecortadas: son los silencios intercalados que el bicho utiliza para escuchar los ecos.
Un capítulo diferente es el asunto del tipo de onda acústica. ¿Por qué todos los especialistas en escuchar ecos (sean murciélagos, delfines, barcos, u obstetras) utilizan ultrasonido en lugar de sonido común y corriente? El motivo es que cuanto más alta sea la frecuencia de una onda más fácil es crear imágenes con ella. Más fácil lograr propagación rectilína, direccionamiento, concentración con lentes o pantallas, etc. En ese aspecto la onda estrella es la onda luminosa... claro, tiene frecuencias altísimas. Pero como está demostrando la tecnología del ultrasonido: el sonido no se queda muy atrás.
Bueno, vamos a nuestro ejercicio, que es una pavada ultrasónica: simplemente utilizar la cinemática del movimiento uniforme (la velocidad del sonido es constante, ya que no cambia de medio, todo ocurre en el agua) y averiguamos cuál es la tardanza ida y vuelta hasta el fondo del mar, para callar al emisor y prender el micrófono.
a) si el fondo se encuentra a 50 m, el camino a recorrer por el sonido -ida y vuelta- es
ΔXa = 100 m
Δta = ΔXa / v = 100 m / 1.500 m/s = 0,067 s
Esa es la tardanza del sonido en ir y venir. Para conocer el intervalo entre pulso y pulso hay que sumarle la duración de la emisión, Δte = 0,1 s, que es dato del ejercicio. Luego:
Ta = Δta + Δte
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b) Cuando el fondo del mar se halla a 1 km (ya no necesito hacértelo, pero bue...)
ΔXb = 2.000 m
Δtb = ΔXb / v = 2.000 m / 1.500 m/s = 1,33 s
Y él intervalo entre pulso y pulso:
Tb = Δtb + Δte
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| Básicamente el sonar lo que hace es medir la tardanza del eco en regresar, y a partir de esa información calcular la distancia al fondo (lo contrario de lo que hicimos nosotros en este ejercicio). Los inventores del sonar pensaron así: si casi todo el sonido emitido desde el baco regresa a un tiempo dado, pero una pequeña partecita de la emisión regresa un poquito antes, es probable que haya rebotado en algun objeto que esté un poco más cerca de nosotros que el fondo... ¿un submarino perhaps? |
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| Desafío: Hacé un esquema consistente en una línea de tiempo, y dibujá con distintos colores la duración del pulso, el tiempo entre pulso y pulso, y la tardanza del viaje. |
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Se permite su reproducción citando la fuente. Última actualización abr-09. Buenos Aires, Argentina. |
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