1.4. Movimiento oscilatorio
Para producir una onda sonora, es necesario que un cuerpo genere un movimiento oscilatorio o vibración que se propague en un medio elástico.
1.4.1. Movimiento oscilatorio simple
El movimiento oscilatorio simple es una oscilación o movimiento en torno a una posición de equilibrio. Un ejemplo claro de este tipo de movimiento es el que realiza un péndulo. Cuando el péndulo está quieto se encuentra en su posición de reposo o equilibrio; para que este comience a oscilar necesitamos entregarle energía (empujar la masa del péndulo). Una vez que comienza el movimiento, podemos observar que el péndulo oscila en torno a su posición de equilibrio o reposo repetitivamente. Cuando un movimiento u oscilación se repite regularmente a intervalos de tiempo iguales se lo llama periódico. A cada una de estas repeticiones se las llama ciclo o período.
Al pasar el tiempo vemos que el movimiento del péndulo va perdiendo energía hasta que se detiene. Esto ocurre por las fuerzas de rozamiento que operan (fricción del aire y los materiales del péndulo).
Para poder simplificar el estudio de estos fenómenos no tendremos en cuenta esta amortiguación por lo que, en teoría, el péndulo no se detendría nunca.
En un movimiento oscilatorio simple se denomina:
Se recomienda ver las animaciones de la siguiente página:
Acoustics and Vibration Animations
de Dan Russell, Graduate
Program in Acoustics, Penn State University.
<http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/Pendulum/Pendula.html>
<http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/SHO/mass.html>
<http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/SHO/damp.html>
1.4.2. Relación entre el movimiento circular uniforme y el movimiento armónico simple
El movimiento circular uniforme es un movimiento periódico cuya trayectoria es una circunferencia. Un movimiento armónico simple se puede obtener como la proyección sobre un eje de un punto que describe un movimiento circular uniforme.
Se recomienda ver las animaciones de la siguiente página:
Acoustics and Vibration Animations
de Dan Russell, Graduate
Program in Acoustics, Penn State University.
<http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/complex/complex.html>
Como se puede apreciar en el gráfico y la animación precedente, el movimiento oscilatorio simple y el circular uniforme tienen características análogas. Los dos son movimientos periódicos, su frecuencia es la cantidad de ciclos por segundo y la amplitud del movimiento oscilatorio simple es equivalente al radio de la circunferencia.
También podemos relacionar las funciones trigonométricas del seno y coseno con el movimiento oscilatorio simple (como podemos ver en la animación).
1.4.3. La onda senoidal
La onda senoidal o sinusoide es una de las ondas más importantes de la física y la matemática por describir la oscilación más sencilla posible. Si bien matemáticamente tiene cierta complejidad, se puede representar con la función trigonométrica seno.
En acústica y sonido, la sinusoide es equivalente al movimiento armónico simple, pero para que esta onda sea audible por nuestro sistema perceptivo, su frecuencia tiene que estar en el rango de los 20 Hz a 20.000 Hz. Las frecuencias inferiores a los 20 Hz serán denominadas infrasonido y las superiores a 20.000 Hz ultrasonido.
Sonido sinusoidal que comienza en 20 Hz y realiza un barrido hasta 15.000 Hz. Cabe
aclarar que el barrido se ha realizado solo hasta los 15.000 Hz para evitar la distorsión
que se puede generar con la mayoría de los sistemas de reproducción hogareños.
Como la sinusoide es la onda periódica más sencilla, es ideal como punto de partida para el estudio de las ondas sonoras en general. Pero lo que le da más importancia a esta onda, es el hecho de que todas las ondas periódicas pueden ser descompuestas como sumas de ondas senoidales (propiedad demostrada por el Teorema de Fourier).