Atenuación
25 jun, 2012
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PDFOndulatoria
PRESENTACIÓN: La intensidad de una onda suele disminuir según nos alejamos del foco en donde se origina debido bien a la absorción, asociada con la pérdida de energía bien a la atenuación, asociada con el reparto de energía. En el caso de una onda esférica este reparto de energía entre un mayor número de puntos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al foco emisor.
- The Confirmation of the Inverse Square Law Using Diffraction Gratings, Pangratios Papacosta and Nathan Linscheid, Phys. Teach. 52, 243 (2014)
18 responses to "Atenuación"
Lo que se explica en el video es justo lo contrario a lo que sucede con la luz de un laser, su onda es de alta energía y además como el foco de luz es tan pequeño casi no pierde intensidad con la distancia. Por eso los láser de juguete son capaces de alcanzar esas distancias tan enormes con su luz.
Es muy interesante el fenómeno de atenuación ondulatoria, y muy útil, por ejemplo , sacando el tema de la contaminación acústica , existen lugares de trabajo donde se hace imposible trabajar ya que muchas veces los decibelios alcanzan casi el umbral del dolor, por lo que es aconsejable , para prevenir daños irreversibles, utilizar protectores auditivos que, al contrario que el famoso “sonotone”, disminuyen la intensidad de sonido por absorción de la intensidad de las ondas sonoras por el material protector. Otra clase de atenuadores auditivos, pero de menor magnitud debido al material del que están hechos son los clásicos tapones de oídos que usamos para dormir cuando el ruido del ambiente no nos lo permite, o para estudia.
Este fenómeno de atenuación sonora se puede explicar realizando un sencillo experimento, como se puede observar en el vídeo de a continuación, con dos teléfonos móviles generando retroalimentación sonora , una almohada o cojín y una olla de acero inoxidable.
La atenuación sonora es un efecto que aumenta con el tiempo, la temperatura, los obstáculos, la distancia, etc. Por lo general, el sonido se atenúa gradualmente, conforme nos alejamos de la fuente sonora pero dadas las características de ciertos sonidos y el problema de contaminación acústica que existe en ciertas áreas urbanas, el estudio de este fenómeno se hace esencial. Además comprender este fenómeno ayuda a explicar la sensación de tranquilidad que proporciona un bosque, ya que, los árboles son grandes atenuadores del sonido y por tanto las áreas frondosas siempre ofrecen un silencio diferente.
Los verdaderos maestros del uso de la atenuación sonora producida por el medio donde viven son las aves, concretamente las paseriformes. Los que viven en hábitats abiertos como matorrales o praderas usan trinos (modulaciones de altas frecuencias) pues no hay elementos en el ambiente que degraden el canto. Un ejemplo de esto sería el canto del Xirín (Serinus serinus) el Pardillo (Acanthis cannabina) o las Escribentas (Emberiza sp.). En una carballeira los troncos de los árboles distorsionan por reverberación la forma del trino por lo que los pájaros de las carballeiras tienen cantos con tonos puros (silbidos), o de modulación más lenta y en general de frecuencias más bajas. Ejemplos de esto serían las Papuxas (Sylvia sp.), las rapaces nocturnas, el urogallo, el oureol, o el martillear del Peto verde (Picus viridis) sobre los troncos de los pinos. En algunos casos aprovechan factores climáticos que favorecen la propagación del canto, como hace el tordo gallego, también conocido como «galo das tormentas» que se pone a cantar cuando llueve o cuando el ambiente está muy húmedo. Por último, los cantos de alarma, cuya finalidad es alarmar pero también evitar la localización, son casi de idéntica forma en muchos paseriformes europeos; un siip puro de 8 KHz y de apenas un segundo. Esta frecuencia es demasiado alta como para detectarse por diferencias de fase y demasiado baja como para detectarse por diferencias de intensidad, dos de los parámetros por los que podemos localizar el sonido. Si queréis oír cantos de aves de España ordenados por el nombre científico, visitar este enlace.
En el vídeo se explican los conceptos de potencia e intensidad y se justifica por que en función da la geometría de propagación de una onda la intensidad disminuye más o menos. Este efecto de atenuación se da también en el oído humano, así cuando se transmiten sonidos fuertes a través del sistema de huesecillos y desde él al sistema nervioso central, se desencadena un reflejo pasado un período de latencia que solo duran de 40 a 80 milisegundos y que provoca la contracción del músculo estapedio o del estribo y, en menor medida, del músculo tensor del tímpano.
Este reflejo de atenuación es capaz de reducir la intensidad de transmisión para los sonidos de baja frecuencia de 30 a 40 decibelios, que es más o menos la misma diferencia que existe entre una voz fuerte y un susurro. Se piensa que este mecanismo cumple con una doble función; por un lado protege a la cóclea de las vibraciones lesivas ocasionadas por un sonido excesivamente fuerte y por otro, oculta los sonidos de baja frecuencia en un ambiente ruidoso.
La distancia y los obstaculos son fundamentales en la atenuacion de las ondas.
Los grandes jardineros de la historia recreaban sus obras con un sentido practico en el entorno de medios ruidosos, componiendo «pantallas arboreas» que debian situarse siempre cercanas al foco emisor, pues eran mucho mas eficaces que situarlas cerca del receptor
En relación con lo de colocar pantallas cercanas a los focos emisores de ruido, en el siguiente enlace se critica como se hacen grandes inversiones de dinero para colocar pantallas de hormigón que aislen el ruido de las autopistas y grandes ejes de comunicacion, que no siempre son eficaces, ya que en las casas que se encuentran más alejadas de la barrera se produce una amplificación del ruido. Se explica tambien que hay efectos atmofericos como el viento, la temperatura atmosférica, etc. que van a afectar a la propagación del sonido y no se tienen en cuenta en la construcción de las barreras.
El primer vídeo es muy bueno ya que se puede deducir visualmente la ecuación que explica la atenuación de una onda. Según esta ecuación, el reparto de energía de una onda es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al foco emisor. Con los dibujos que se van haciendo en el primer vídeo se entiende esto perfectamente.
El segundo vídeo es más largo y quizás menos adecuado para los alumnos, ya que además está en inglés, aunque los experimentos que muestra pueden ser realizados con los cursos de bachillerato. Explica conceptos interesantes como el de intensidad y polaridad.
Con respecto á absorción das ondas en lugares con elevada contaminación acústica como se comenta nun comentario anterior, dicir que un illante caseiro moi bo de cara que o alumnado comprenda este concepto, son as hueveiras. Para visualizar a súa utilidade, nas cabinas de estudo dos conservatorios, as paredes moitas veces teñen as paredes forradas dun material similar ás caixas de ovos de cartón.
Las consecuencias de la atenuación las podemos encontrar también en fenómenos atmosféricos como son las nubes, la niebla o la lluvia. Vivimos en una sociedad que se mantiene en comunicación constante y donde la presencia de sistemas de comunicación de alta fiabilidad es clave. Buscamos un flujo de información sin anomalías donde la posibilidad de comunicarnos a través de un teléfono móvil o ver una señal de televisión del otro lado del charco es posible gracias a los satélites (que amplifican las señales radioeléctricas para enviarlas a un punto lejano). Este proceso se ve perturbado por la influencia de fenómenos atmosféricos que tiene una incidencia negativa en la propagación de las señales, llegando incluso a interrumpir la transmisión. En el caso de la lluvia, las gotas de agua absorben la energía de la señal disminuyendo su potencia, el rendimiento de la misma y afectando el normal desenvolvimiento de la comunicación. Un gran numero de científicos se ha centrado en el estudio de la atenuación de las señales radioeléctricas basándose en la recolección de información pluviométrica de diferentes regiones del mundo, para poder conocer el efecto de este fenómeno en las comunicaciones.
Otras de los campos de estudio del fenómeno de la atenuación se encuentra en las comunicaciones bajo el agua (control de barcos, profesionales del buceo, fabricación de submarinos, etc). La atenuación de las ondas de radio tanto en el agua como en cualquier medio conductor, aumenta tanto con el incremento de conductividad como con el aumento de la frecuencia. En el siguiente video se aprecia un ejemplo visual de la atenuación.
En relación a la atenuación de ondas, en este enlace podemos encontrar un estudio experimental de atenuación de ondas electromagnéticas en un incendio. Durante las operaciones de rescate en incendios es importante mantener estable la comunicación inalámbrica, y por ello, estudian los efectos de la llama y del humo en la atenuación de las ondas electromagnéticas.
Por otra parte, existen numerosos estudios sobre la atenuación en fibra óptica. La comunicación por fibra óptica es un método de transmisión de información de un lugar a otro enviando señales de pulso de luz a través de una fibra óptica. La luz en forma de ondas electromagnéticas es modulada para transmitir información. La atenuación en fibra óptica, también conocida como pérdida de transmisión, es la reducción de la intensidad del haz de luz (o señal) con respecto a la distancia recorrida a través de un medio de transmisión. La atenuación es un factor importante que limita la transmisión de una señal digital a grandes distancias. Por lo tanto, se ha investigado mucho tanto la limitación de la atenuación como la maximización de la amplificación de la señal óptica.
Me recuerda un poco al efecto que ocurre con sonidos agudos y graves. Una de las características que más trae de cabeza a técnicos de sonido es que el bajo se escucha en toda la sala mientras la guitarra pierde fuerza rápidamente, a pesar de ser a simple oida, una onda más estridente. Me resulta curioso encontrar este comentario, pues creo que lo explica de manera muy resumida pero muy interesante
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Podemos definir la atenuación de una onda como la disminución de su intensidad a medida que se aleja del foco. Se debe exclusivamente al reparto de su energía entre una superficie cada vez mayor. A continuación os pongo un link en el que aparecen 8 experimentos diferentes por si alguno os resulta de interés.
La atenuación de las ondas es un fenómeno que está presente en muchas situaciones cotidianas. Como ya comentaron con anterioridad, en las ondas acústicas se manifiesta esa atenuación tanto por elementos naturales como de naturaleza antrópica. Sin embargo, en este comentario quería destacar la atenuación de las ondas electromagnéticas emitidas por la radiación solar en el agua. Es conocido que en el mar viven muchos organismos pero igual pocas veces os parasteis a reflexionar sobre sus necesidades y su distribución en la columna de agua. Los organismos fotosintéticos se ven obligados a vivir en zonas superficiales porque necesitan la energía solar para vivir. Estas ondas emitidas por el Sol se van atenuando con la profundidad, siendo absorbidas por partículas en suspensión. Muchas veces se relaciona la turbidez con la atenuación, ya que cuanto mayor sea la transparencia del agua menor va a ser la atenuación de la luz y se podrá tener una mayor biodiversidad en profundidades mayores.
Un fenómeno moi interesante que podemos ver na vida cotiá. Os sonidos graves, de lonxitudes de onda maior, sempre son os mais difíciles de atenuar. Pódese levar a cabo na aula unha experiencia que consista en escoitar o son que chega da aula contigua ou da rúa, e comprobarase que soamente se escoitan os sons graves, xa que os mais agudos, que alcanzan os seus máximos de presión con mais frecuencia, son atenuados pola tabiquería ou outros obstáculos.
Hay muchos ejemplos en comentarios pasados de atenuación a gran escala, pero para el alumnado de secundaria puede ser más sencillo ver el reflejo en la realidad en ondas como la del wifi. Muchas veces se pretende que esta llegue a todas las habitaciones de igual manera colocando el emisor de la señal en una esquina, cuando los aparatos domésticos, normalmente, tienen un alcance máximo de unos pocos metros y eso, sumado a que muchas veces se obstaculiza la señal colocando el router entre objetos que lo tapan o en una estantería, hace que nuestro alumnado tenga poca o nula señal en su habitación. Para corregir esto, se puede probar a centrar ese router y permitir que su onda llegue a su máximo alcance.
O primeiro video, a pesar de ser teórico, creo que é moi visual e axuda a asimilar a ecuación da atenución das ondas. O segundo ten a súa parte teórica, pero o experimento que fai que é moi interesante e creo que axudaría ao alumnado a entender como disminue a intensidade da onda a medida que aumenta a distancia ao foco emisor.
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