LA ACUSTICA

Fuente de sonido omnidireccional en una cámara anecoica.La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no se propagan en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica.

La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), ó 1.235 km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).

Tubos sonoros

Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos, que poseen dos o más.

Vibración de la columna de aire contenida en un tubo

Las columnas de aire contenidas en los tubos sonoros se comportan, desde ciertos puntos de vista, como cuerdas musicales, por lo tanto las columnas de aire vibrantes poseen nodos, o sea puntos donde la vibración es nula, y vientres, equidistantes de los anteriores, donde la vibración alcanza su máxima amplitud.
La vibración de las columnas de aire es longitudinal; los nodos serán por tanto, puntos de condensación y los vientres puntos de dilatación o rarefacción; en los extremos cerrados siempre se producen nodos y en los extremos abiertos generalmente se producen vientres. El punto de excitación no puede ser un nodo, pero no necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo coincidan con los extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras partes del tubo (la gaita).
Una columna de aire puede vibrar con toda su longitud o dividida en segmentos iguales lo mismo que las cuerdas; en el primer caso se obtiene el sonido llamado fundamental, y en los otros los armónicos: segundo, si la columna vibra dividida en mitades; tercero, si vibra en tercios, etc.
Tomando como punto de partida el que en los extremos de un tubo abierto, sólo pueden haber vientres de vibración, el tubo producirá su fundamental cuando vibre con un nodo único en su centro. Cuando el tubo produce su segundo armónico, producirá dos nodos y tres vientres; cuando produce su tercer amónico, producirá tres nodos y 4 vientres, y así sucesivamente.

En los Tubos Cerrados, la onda se forma con un nodo en el extremo cerrado y un vientre en el extremo abierto

A igualdad de longitud de tubo, el tubo abierto produce un sonido de frecuencia doble que el cerrado. Los tubos abiertos emiten la serie completa de armónicos correspondientes a su longitud, mientras que los cerrados, emiten sólo los armónicos de orden impar. Como tubo cerrado está la Flauta Travesera y como tubos abiertos todos los demás: Clarinetes

*, Oboes, Fagotes, Saxofones, Trompetas, Trompas, etc.

Clasificación de los tubos sonoros
Los tubos sonoros se pueden clasificar de las siguientes formas:
Según el modo de excitación de la columna de aire
Según la obtención de la escala
Según su forma interior

1.- Según el modo de excitación de la columna de aire pueden ser: tubos de embocadura, tubos de lengüeta y tubos de lengüeta labial o membranácea.
Tubos de embocadura son tubos sonoros que poseen una abertura convenientemente dispuesta llamada embocadura, uno de cuyos bordes es biselado. Contra este borde incide una corriente de aire que se divide en dos ramas; la rama que penetra en el tubo origina pequeñas vibraciones que a su vez excitan por resonancia la columna aérea contenida en el tubo. Estos se pueden dividir en:

Tubos de embocadura directa. Los tubos de embocadura directa son aquellos en que la corriente de aire es dirigida sobre la embocadura directamente por los labios del ejecutante. La siguiente figura muestra una embocadura de flauta travesera que es el prototipo de los instrumentos de embocadura directa.

Tubos de embocadura indirecta:

son aquellos donde la corriente de aire, producida mecánicamente o por el ejecutante, pasa por un tubo llamado portaviento antes de incidir sobre el bisel de la embocadura. Las siguientes figuras representa la parte superior de una flauta de pico y a un tubo de órgano, el órgano tiene varias clases de tubos, siendo uno de ellos “tubos de bisel”.

La forma de los tubos de embocadura es muy variada: los hay cónicos, cilíndricos, prismáticos y de tipos intermedios. Se construyen siempre rectos, aunque no hay ningún inconveniente teórico que impida doblarlos. Pueden ser abiertos o cerrados.
Tubos de lengüeta están formados por pequeñas laminillas elásticas, generalmente de metal o de madera (caña) que sujetas a un soporte de manera conveniente, vibran al paso de una corriente aérea, produciendo sonido; se las clasifica según su mayor o menor libertad de movimiento en dos tipos diferentes: libres y batientes.


Tubos de lengüetas libres aquellas que vibran libremente a uno y otro lado del plano que determinan cuando están en reposo; esto se obtiene con un soporte cuyos únicos puntos de contacto con la lengüeta son aquellos en que ésta se halla fijada a aquel. Las lengüetas libres son siempre de metal; se utilizan en el armonio, el acordeón, la armónica y otros aerófonos libres.
Tubos de lengüetas batientes aquellas que baten contra el soporte al cual están sujetas. En estas las vibraciones se hallan restringidas por la presencia del soporte, cosa que no ocurre con las lengüetas libres.Las lengüetas batientes se dividen a su vez en simples y dobles, según el tipo de soporte que utilizan.


Tubos de lengüetas batientes simples, llamadas corrientemente lengüetas simples (cañas), son aquellas que se colocan sobre los bordes de una abertura contra los cuales baten.Son utilizadas por los clarinetes, saxofones y por los juegos de lengüeta del órgano, siendo de metal en este instrumento y de madera (caña) en los primeros.

Tubos de lengüetas batientes dobles, llamadas corrientemente lengüetas dobles, son aquellas que utilizan como soporte otra lengüeta contra la cual baten, batiendo ésta a su vez contra la primera.Las lengüetas batientes dobles se construyen siempre de madera (caña) siendo utilizadas por los oboes y fagotes. También utilizan lengüetas dobles algunos instrumentos como la gaita (la gaita presenta la particularidad de utilizar simultáneamente lengüetas simples y dobles).

La frecuencia de los sonidos que produce una lengüeta batiente aislada, varía enormemente con la presión del aire que la excita; esto se observa fácilmente soplando a través de una lengüeta de oboe sin asociarla al tubo del instrumento. En cambio, la frecuencia de los sonidos que producen las lengüetas libres no depende de la presión del aire que las excita, variando sólo su intensidad.
Tubos de lengüeta labial o membranácea. Los principales son trompas, trompetas, trombones y tuba, en este tipo de instrumentos los labios del ejecutante actúan del mismo modo que una lengüeta batiente doble, por lo cual se dice que forman una lengüeta doble membranácea.En estos instrumentos la boquilla es muy diferente a la los instrumentos de lengüeta y de embocadura, pues se la construye con el objeto de ser adosada a los labios del ejecutante en lugar de ser introducida entre ellos.

2.- Según la obtención de las escalas. Si se ordenaran según su frecuencia los parciales que pueden obtenerse con un tubo sonoro, la escala sería, en el mejor de los casos, igual a la serie de armónicos de la fundamental del tubo. Es evidente que los recursos musicales de un instrumento de esta clase, cuya escala estuviera formada por los parciales de una sola columna aérea, serían muy reducidos. Ahora bien, con la excepción del órgano que posee un tubo sonoro para cada sonido, los instrumentos de viento poseen un tubo sonoro único, debiendo recurrirse por esta razón a diversos artificios para variar la longitud de la columna aérea que contienen, y obtener así un número suficiente de columnas aéreas para formar su escala con las fundamentales y los parciales de dichas columnas.


Los procedimientos seguidos para obtener columnas aéreas de diferente longitud sobre un mismo tubo sonoro pueden reducirse a dos:
Perforar sobre sus paredes orificios de tamaño y posición convenientes que permitan variar la longitud acústica del tubo, determinando la longitud de la columna aérea en el momento en que se destapa o cierra un orificio dado. (Tubos con orificios: instrumentos de viento madera, etc.)
Estos orificios se controlan mediante los dedos o mediante llaves; éstas son palancas o sistemas de palancas que permiten controlar aquellos orificios cuyo diámetro excede al ancho de la yema de los dedos o cuya situación sobre el tubo no permite un control directo. La siguiente figura representa una llave cualquiera; la almohadilla destinada a cubrir el orificio controlado por la llave, que se halla sobre la cara interna de ésta, se llama “zapatilla”.

No es indiferente el diámetro de los orificios que se perforan sobre un tubo sonoro; para una misma longitud acústica, un orificio de diámetro grande producirá un sonido de frecuencia algo mayor (más agudo) que uno de diámetro más pequeño.
En ciertos instrumentos como el fagot, los orificios exteriores no indican la posición real del orificio sobre la pared interna del instrumento, pues se perforan oblicuamente para agruparlos mejor bajo el control de la mano.


Los instrumentos que utilizan este sistema de orificios forman su escala variando la longitud acústica de sus tubos; cada columna aérea produce su fundamental y un corto número de parciales que se obtienen variando la fuerza del soplo y la tensión de los labios; en los tubos de lengüeta, la obtención de parciales se facilita mediante un portavoz (llaves de octava), pequeño orificio situado cerca del extremo superior de estos tubos, que actúa sobre las columnas de aire como un dedo apoyado ligeramente sobre una cuerda vibrante, es decir, favoreciendo la producción de los parciales de dichas columnas. Algunos instrumentos utilizan dos portavoces (saxofón).


Variar su longitud real mediante porciones de tubo que se conectan al tubo principal obteniéndose así las columnas aéreas deseadas (Tubos de longitud variable: instrumentos de viento metal, etc.). Se utilizan tres procedimientos:
La Vara (Trombón de varas): Consiste en cortar el tubo del instrumento y adaptar a sus extremos un tubo en forma de “U”, cuyas ramas enchufan telescópicamente sobre las ramas del tubo fijo. Mediante la vara, la longitud del tubo puede ser variada continuamente, permitiendo obtener diferentes sonidos.

Los Pistones (Trompetas, Trombón de pistones, etc.): Generalmente cuando la longitud es variada mediante pistones, uno de éstos, que se considera el primero, produce una serie de parciales situados un tono más bajo que la serie original; otro, considerado segundo, produce un descenso de un semitono y un tercero, produce un descenso de tono y medio. Los pistones pueden utilizarse simultáneamente para lograr descensos mayores. Algunos instrumentos poseen pistones que provocan descensos mayores de un tono y medio (cuarto y quinto pistón)

Las Válvulas Rotatorias (Trompas, Tubas, etc.): Todo lo que he dicho respecto de los pistones puede aplicarse igualmente a las válvulas rotatorias

3.- Según su forma interior, que puede o no coincidir con la exterior pueden ser: cónicos, cilíndricos y prismáticos.
Los tubos prismáticos se utilizan solamente en ciertos registros de órgano y en algunos instrumentos primitivos, los demás instrumentos poseen tubos cilíndricos (flauta travesera,....) cónicos (saxofón, fagot.....) o de tipos intermedios (clarinete, oboe, trompeta.....).

CUERDAS

Una cuerda es uno de los objetos principales de estudio en el campo de la física teórica llamada teoría de cuerdas. Hay diferentes teorías de cuerdas, muchas de ellas son unificadas en la teoría M. Una cuerda es un objeto con una dimensión espacial extendida, a diferencia de las partículas elementales que son de dimensión cero, como un punto.
Al postular esta estructura unidimensional, muchas características de las teorías fundamentales de la física han emergido automáticamente. Más notablemente, casi cualquier teoría de cuerdas consistente con mecánica cuántica debe contener gravedad cuántica, que no ha sido descrita consistentemente antes de la teoría de cuerdas.
La escala de longitud característica de cuerdas tiene que ser en el orden de la longitud de Planck, la escala a la que la gravedad cuántica se cree que se volvería significativa:

A escalas más grandes, tales como las visibles en los laboratorios, tales objetos podría ser indistinguibles en el orden de particular puntuales de dimensión cero. Sin embargo, los modos vibracionales y la estructura de las pequeñas cuerdas podría ser manifestadas como partículas elementales diferentes en el modelo estándar de la teoría cuántica de campos. Por ejemplo, un estado de las cuerdas podría ser asociado con el fotón, y otro estado con un quark. Estas características unificadoras de la teoría de cuerdas son de gran fuerza, sin embargo no se conoce una solución de la teoría de cuerdas para que reproduzca exactamente una partícula contenida en el modelo estándar.
Propagándose en el espacio-tiempo, las cuerdas barren una superficie bidimensional, llamado mundo plano, análogo al mundo lineal de una dimensión que traza una partícula puntual.

Tipos de cuerdas: Cuerdas abiertas y cerradas. Las cuerdas pueden ser trios de abiertas o cerradas. Una cuerda cerrada es una cuerda que no tiene puntos finales y por lo tanto es equivalente topológicamente a un círculo. Una cuerda abierta, por otro lado, tiene dos termaciones y es topológicamente equivalente a un intervalo de línea. No todas las teorías de cuerdas contienen cuerdas abiertas, pero cada teoría debe tener cuerdas cerradas, así interacciones entre cuerdas abiertas puede siempre resultar en cuerdas cerradas.

La más antigua teoría de supercuerdas que contenía cuerdas abiertas era la teoría de cuerdas tipo I. Sin embargo, los descubrimientos en la teoría de cuerdas en los 90s han mostrado que las cuerdas abiertas deben siempre ser el término de un nuevo tipo de objetos llamadas D-branas y el espectro de posibilidades de cuerdas abiertas se ha incrementado mucho.

Cuerdas abiertas y cerradas son generalmente asociadas con modos característicos vibracionales. Uno de los modos de vibración de una cuerda cerrada puede ser identificada como gravitón. En teoría de cuerdas, las vibraciones de energía muy baja de una cuerda abierta es un taquión y puede someterse a una condensación de taquiones. Otros modos vibracionales de cuerdas abiertas exhiben las propiedades de fotones y gluones.

Teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M pretenden alejarse de la concepción del punto-partícula.
Sus seguidores consideran que la teoría de cuerdas es la mejor candidata para convertirse en una teoría unificada o Teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil. Existiendo, también desde el campo de la física, detractores que la consideran pseudociencia por la imposibilidad de falsarla y dado que, pasadas tres décadas desde su postulación, no ha sido posible aportar prueba experimental alguna que la avale.

¿Cómo son las interacciones en el mundo sub-atómico?: líneas espacio-tiempo como las partículas subatómicas. en el Modelo estándar (izquierda) o Cuerda cerrada sin extremos y en forma de círculo como afirma la teoría de cuerdas (derecha).






http://www.youtube.com/watch?v=qiTjXor4YQ4

JHON ALEJANDRO LOPEZ TORO
11 - 04

FISICA