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Biofsica Mdica DocenteGiraldo Calero GuillermoBIOACUSTICA

ONDASMOVIMIENTO VIBRATORIOEs el movimiento que esta referido a una longitud donde el objeto siempre pasa por las mismas posiciones por algn tiempo, es decir es un movimiento peridico

El movimiento oscilatorio o vibratorio esta relacionado con la generacin y propagacin de una onda4Elementos del movimiento vibratorioAmplitud(A): es la longitud que recorre el objeto desde su posicin de equilibrio (posicin que tiene antes de vibrar) hasta uno de sus extremos

del movimiento vibratorioFrecuencia (f) es el numero de oscilaciones que realiza el objeto en una unidad de tiempo (segundos, minutos, horas, etc.)

N= nmero de oscilacionest = tiempoLa unidad de frecuencia en el S.I es el hertz (Hz) 1Hz = 1/s

Elementos del movimiento vibratorioPeriodo (T) es el tiempo (segundos, minutos, horas, etc.) que demora un objeto en realizar una oscilacin, siendo el periodo la inversa de la frecuencia

Qu es una onda? Una onda es una perturbacin que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vaco.

Qu es una onda? Toda onda propaga la energa de la perturbacin de un punto a otro a una rapidez determinada.Qu es una onda? Cuando una onda se propaga en un medio material como un solido, un liquido o un gas, la onda se denomina onda mecnicaCuando se genera por variaciones de campo electromagntico, la onda se denomina onda electromagntica. El movimiento ondulatorioEl movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energa de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

Clases de ondasMecnicas: son las ondas que necesitan un medio natural, que haga el papel de soporte de la perturbacin para su propagacin

Clases de ondasejemplo: el sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en cuerdas; y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a travs suyo.

Clases de ondasElectromagnticas: Son las ondas que pueden propagarse aun en ausencia de medio material, es decir, en el vaco. a esta segunda categora pertenecen las ondas luminosas.

Clases de ondasLas ondas mecnicas se pueden clasificar en ondas longitudinales y transversalesLongitudinales: El medio se desplaza en la direccin de la propagacin. Las ondas longitudinales reciben el nombre genrico de ondas sonoras, debido a que sus caractersticas son prcticamente idnticas a las del sonido ordinario en el aire. El aire se comprime y expande en la misma direccin en que avanza el sonido.

Clases de ondasTransversales: los movimientos de las partculas del medio que transportan la onda son perpendiculares a la direccin de propagacin de la perturbacin, ejemplo las ondas que se producen en una cuerda tensa son ondas transversales, ya que los puntos de la cuerda oscilan en una direccin perpendicular a la de propagacin, que es la direccin de la cuerda en equilibrio.

Elementos de una onda transversal

Longitud de ondaAmplitudCrestaValleElementos de una onda transversal

Valle: punto ms bajo de la onda Cresta: punto ms alto de la ondaLongitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos.Amplitud: altura de la cresta o del valle.Elementos del movimiento ondulatorioFrecuencia ( f ): Nmero de oscilaciones por segundo.Se mide en hertzios (Hz)1 Hz = una oscilacin en un segundoPerodo ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibracin completa.(T = 1/f )

Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibracin tardar en producirse 0,25 s. (1/4 s.)Elementos del movimiento ondulatorioLongitud de onda ( ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilacin.Velocidad de transmisin o propagacin ( v ): La velocidad de propagacin es la rapidez con la que se propaga una onda y esta dado por:

20Elementos del movimiento ondulatorioDonde: = longitud de ondaf = frecuenciaLa velocidad de propagacin de una onda mecnica depende del medio material y de las condiciones en las que se encuentra

21Velocidad de propagacin de una onda en una cuerdaEjemplo: en una cuerda de guitarra cuando mas se ajusta el sonido es mas agudo, esto indica que la velocidad de propagacin de la onda aumenta conforme aumenta la tensin en la cuerda, as mismo las mas delgadas emiten sonidos mas agudos.Velocidad de propagacin de una onda en una cuerdaLa velocidad de propagacin de una onda en una cuerda esta relacionada con la tensin de la cuerda y la densidad lineal de la cuerda

Donde:T= fuerza de tensin = densidad linealm = masa de la cuerdaL = longitud de la cuerda

INTERFERENCIA: ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDAEn una misma cuerda puede propagarse mas de una onda, una independiente de la otra, cuando dos o mas ondas llegan a un mismo punto, las ondas se superponen, tal fenmeno es conocido como interferencia.En una onda estacionaria los puntos que no oscilan se llaman nodos y los puntos que tienen la mxima amplitud se llama antinodos

INTERFERENCIA: ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDALa distancia entre dos nodos (un vientre) es la mitad de una longitud de onda ( /2)Para generar una onda estacionaria en una cuerda de longitud L, esta debe ser un mltiplo de la media longitud de onda ( /2)

Donde:n = nmero de vientres o antinodos

Frecuencia que produce las ondas estacionariasConociendo que la longitud de onda de una cuerda esta relacionada con la frecuencia de vibracin : v = .f adems : L = n( /2) ; relacionando ambas se tiene:

Donde:f = frecuencia que produce las ondas estacionariasn = nmero de vientresv = velocidad de propagacinL = longitud de la cuerda

SONIDO

AcsticaLa acstica es la rama de la fsica que estudia el sonido, que es una onda mecnica que se propaga a travs de la materia, bien sea en estado gaseoso, lquido o slido, porque el sonido no se propaga en el vaco.

A efectos prcticos la acstica estudia la produccin, transmisin, almacenamiento, percepcin o reproduccin del sonido.

El SonidoEl mundo que nos rodea genera un permanente fondo sonoro, constituido por las mas diversas expresiones desde al agudo canto de un pjaro hasta el grave rugido de un len, desde la placentera audicin de nuestra msica favorita hasta los irritantes ruidos de un avin que incluso puede daar nuestra audicin.El SonidoEstas mltiples manifestaciones sonoras son ondas mecnicas longitudinales que se propagan en un medio elstico, las frecuencias de las ondas sonoras audibles estn comprendidas entre 20 Hz y 20 000 Hz, las frecuencias inferiores a los 20 Hz corresponden al infrasonido y los superiores a los 20000 Hz al ultrasonidoEl SonidoEl sonido es una sensacin, en el rgano del odo, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elstico (normalmente el aire), debido a rapidsimos cambios de presin, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

La frecuencia y el sonidoEl tono del sonido depende de la frecuencia.A frecuencias bajas corresponden sonidos graves.A frecuencias altas corresponden sonidos agudos.27 Hz100 Hz200 Hz440 Hz1000 Hz3000 Hz

Infra-sonidoSonido AudibleUltra-sonido02020.000f (Hz)Como se origina el sonido?Todo sonido se origina en un cuerpo que vibra: una campana, una barra, una cuerda de guitarra, el diafragma de un parlante, el aire del interior de una flauta, etc.

Como se propaga el sonido?El sonido necesita de un medio para propagarse, el medio mas comn es el aire, pero tambin los lquidos y los slidos trasmiten sonido. Cuando el sonido se propaga en el aire, las molculas de aire vibran creando zonas de compresin y zonas de expansin, el sonido no existe en el espacio vacio

Velocidad del sonidoLa velocidad del sonido depende del medio y de sus propiedades elsticas . En el aire la velocidad del sonido es muy sensible a la temperaturaLa velocidad del sonido en el aire a 20C es: V = 340m/s

la velocidad del sonido es mayor en los slidos que en los lquidos y en los lquidos mayor que en los gases. Hierro : 5 130 m/s

Agua ( 20 C ) = 1 500 m/s El SonidoEl Sonido se propaga mediante ondas longitudinales

VELOCIDAD DEL SONIDOAumenta cuando aumenta la rigidez del medioT Vel

VELOCIDAD DE SONIDOSISTEMATEMPERAT.(C)VELOCIDAD(m/s)Dixido de CarbonoOxgenoAire

NitrgenoHelio0002000250316331343334965MercurioAguaAgua de Mar252525145014981531GomaPlomoLucitaOroHierroVidrioGranito18002100270030005000 60005000 60006000La intensidad del sonidoLa intensidad del sonido I esta relacionada con la potencia sonora P ( energa por unidad de tiempo) y el rea A que atraviesa la onda sonora

La unidad de la intensidad del sonido en el SI es watts por metro cuadrado (W/m)

Intensidad en una onda sinusoidal

Ap : amplitud de presin : densidad del mediov : Velocidad de la onda en el medio

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Intensidad de sonido de una onda esfricaLa intensidad de onda a una distancia r de la fuente es

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Io = Intensidad de referencia estndar: Io = 10-12 w/m2Umbral de audicin: 10-12 w/m2 (0 dB)Umbral de dolor: 1 w/m2 (120 dB)Recepcin del sonido de una fuenteNivel de Intensidad sonora (escala decibelica)I = Intensidad del sonido considerado W/m2 = Nivel de intensidad sonora

NIVELES E INTENSIDADES SONORASNIVEL SONORO(dB)INTENSIDAD(W/m2)SONIDOS COMUNES010-12Umbral de Audicin1010-11Susurro de las hojas2010-10Cuchicheo (a 1 m de dist.)3010-9Casa tranquila4010-8Oficina tranquila5010-7Oficina normal6010-6Conversacin normal7010-5Oficina ruidosa8010-4Trfico intenso9010-3Dentro de un ferrocarril Subt.10010-2Taller de maquinaria120100Taladro neumtico (A 2 m) (umbral del dolor)140102Avin a reaccin (A 30 m.Niveles de presin sonora en dB y potencia sonora en w/m2

Fuente: http://www.windpower.dk/es/stat/unitssnd.htm#dbdistEL OIDO HUMANOEl odo Cuando los altibajos de presin llegan a nuestros odos, producen vibraciones en el tmpano, que se trasmiten por la cadena de huesecillos y llegan al caracol All se convierten en impulsos nerviosos que el nervio auditivo capta y enva al cerebro, donde se transforman en una sensacin sonora

El odo externo Compuesto por el pabelln auricular y el conducto auditivo externo La superficie corrugada de la oreja permite capturar el sonido y dirigirlo hacia elconducto auditivoexterno

El odo medio El odo medio tambin se conoce como caja timpnica y, como se puede observar, est situado entre el odo externo y el interno. La cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo) se extienden desde el tmpano hasta la ventana ovalPermite trasmitir y amplificar el sonido

El odo medioPodramos decir que es una cmara que est conectada con la garganta a travs de la trompa de Eustaquio, que acta como una vlvula que regula la presin dentro del odo medio y que conecta con el conducto auditivo externo a travs del tmpano.

El odo medio

El tmpano es una membrana muy fina que separa el odo externo del interno, y a continuacin hay tres huesecillos muy pequeos que se llaman martillo, yunque y estribo. Este ltimo, es el hueso ms pequeo del cuerpo humano

El odo medioTodas estas estructuras son muy delicadas y funcionan de una manera muy complicada, porque el sonido que llega a la membrana (tmpano) debe adaptarse y ser conducido hasta el odo interno.

El odo medio

Buena parte del trabajo del odo medio es regular la presin. Y por eso, la trompa de Eustaquio es muy importante. Normalmente, esta trompa, que es como un tubo, est siempre cerrada, menos cuando bostezas o cuando tragas los alimentos; entonces se abre. El odo medio

Seguro que si has viajado en avin o has subido a alguna montaa lo bastante alta, has odo un ruidito en el odo. No es ms que la trompa de Eustaquio que se ha abierto para asegurarse de que la presin del aire es la misma a ambos lados del tmpano, es decir, dentro y fuera del odo.Si no se regulara esa presin... podra explotarnos el odo!!

El odo internoEl odo interno es una estructura sea muy dura, recubierta por una membrana que est llena de lquidos que cuando se mueven estimulan las clulas nerviosas.Est formada por dosaparatos receptores, que funcionan de diferente manera:El aparato coclear, que se encarga de la audicin. El sistema vestibular que es el encargado del equilibrio.

CcleaTransforma la energa sonora (onda mecnica) en seales elctricas. Es capaz de discriminar la frecuencia e intensidad de los tonos La cclea es un tubo enrollado helicoidalmente en forma de caracol En su interior tiene tres subdivisiones: Rampa vestibular Conducto coclear Rampa timpnica

CcleaDespus que las ondas sonoras hayan entrado por el odo externo y se hayan convertido en vibraciones en el odo medio, el odo interno se pone en funcionamiento.Estas vibraciones llegan a la cclea, que es un pequeo conducto que est enrollado alrededor del odo interno y que est lleno de lquido.

CcleaCuando las vibraciones lo tocan, el lquido empieza a vibrar, se estimulan las terminales nerviosas y se crea un impulso elctrico que, a travs del nervio auditivo, l lega hasta la zona del cerebro que lo traduce en sonido.

HuesecillosMartillo EstriboYunqueCcleaNervio coclearOndas SonorasTmpanoVentana redondaEndolinfaRampa vestibularMembrana basilarClulas receptoras ciliaresRampa Timpnica- Odo externo recibe los sonidos, odo medio los amplifica y el odo interno transmite el mensaje al cerebro.- El proceso es de una serie de conversiones de energa acstica, mecnica y elctrica el cual se da travs de las fases gaseosa, slida y lquida-membranosaEl proceso de la audicin56MECANISMO DE AUDICINOIDO EXTERNOOIDO MEDIOOIDO INTERNOFASE GASEOSA

FASE SLIDA (Amplificacin)FASE LQUIDA, MEMBRANOSA Y NERVIOSAOIDO:DISPOSITIVO SENSIBLE A LA PRESIN DE AIRECANAL AUDITIVO:Resuena con frecuencia de 3 kHz 4 kHzTMPANO: Recepciona energa acstica y transmite a travs de huesecillos a perilinfa a travs de canal vestibular.HUESECILLOS:Funciona como sistema de palancas con una ventaja mecnica de 2 a 3.Msculos que unen a paredes del odo medio ejercen control automtico del volumen de aire.Detrs de ventana oval la presin se incrementa entre 40 y 90 veces. Amplificacin de intensidad hasta 32400 veces.57Efectos causados por los sonidosIntensidad de varios sonidosFuente de sonidoIntensidad (dB)EfectoZona de despegue de cohetes180Perdida irreversible del oidoSirena de ataque areo140Dolores fuertesConcierto de rock o avin a reaccin a (30m)120Umbral de de dolorTren100Sonido fuerteFabrica promedio90Sonido muy molestosoReloj despertador o secadora de cabello80MolestoTrafico pesado70Dificilmente se puede escuchar por telefonoConversacin normal60Sonido que interrumpeBiblioteca40CalmaSusurro de hojas20Poco audibleRespiracion10Apenas audibleAleteo de mariposas0Umbral auditivoEl concepto de vozSISTEMA FONADOR HUMANO Onda de presin acstica originada voluntariamente a partir de los movimientos de la estructura atmica del sistema fonador Los distintos sonidos se producen al pasar el aire emitido por los pulmones, a travs de todo el sistema de produccin, en una determinada posicin de cada parmetro articulatorio

El concepto de vozSISTEMA FONADOR HUMANO El sistema puede modelarse como un filtro cuya funcin de transferencia depende del sonido articulado. La entrada de filtro se puede modelar mediante una seal de excitacin que corresponde con el paso del aire generado por los pulmones a travs de la trquea y las cuerdas vocales, y tambin ser dependiente del sonido generado

Efecto DopplerSe refiere al cambio de la frecuencia de una onda sonora con el movimiento de la fuente respecto al receptor

El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es ms agudo que si la fuente se aleja.Esto ocurre cuando un mvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimindolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es ms agudo. Por la parte posterior quedan ms separadas, longitud de onda ms grande igual a sonido ms grave

Efecto DopplerEl termino ultrasonido se refiere a ondas sonoras que estn por encima del limite de la audicin humana (mayor de 20000 Hz). La ecografa diagnostica en medicina emplea ondas sonoras de mas de 1 MHz ( 1 milln de ciclos por segundo)Rangos sonorosInfrasonidos. debajo de 20 HzSonidos audibles. 20 200000 HzUltrasonidos ....... encima de 20000 HzLas ondas sonoras son vibraciones mecnicas u ondas mecnicas de presin EFECTO DOPPLEREs la variacin de frecuencia detectada debido a los movimientos del observador o de la fuente.fo =Frecuencia percibida por el observadorff = Frecuencia de la fuente V = Velocidad del SonidoVo = Velocidad del observadorVF = Velocidad de la fuente OBSERVACION:1. Los signos superiores se refiere al movimiento de uno acercndose hacia el otro 2. Los inferiores se refiere al movimiento de uno alejndose del otro.

63Efecto DopplerOndas con fuente de sonido en reposo

Efecto DopplerOndas con fuente de sonido en movimiento

Efecto DopplerOndas con fuente de sonido igualando a la velocidad del sonido

Este halo blanco que se forma en torno al avin es aire comprimido. Cuando un avin se acerca a la velocidad del sonido, las ondas sonoras que genera, debido a que se desplazan casi a la misma velocidad que el aparato, no pueden adelantarlo con lo que se van acumulando delante del avin formando el muro de aire comprimido (el sonido no es otra cosa mas que una compresin del aire) que podemos observar en estas fotos y vdeos.

Cuando el avin acelera por encima de la velocidad del sonido, adelanta a este muro (el sonido va ahora mas despacio que el avin, con lo que las ondas ya no pueden seguirlo) "rompindolo"; esta rotura provoca el llamado "estampido snico".

Aparatos de Medicin

Sonmetro

Relaciona el nivel de presin sonora con el tiempo de exposicin y proporciona valores de dosis de exposicinMicrfonoUnidad de ProcesamientoPonderaciones A,B,C,DLecturaDiseado para responder al sonido como el odo humanoREFLECCIN DEL SONIDO

SONAR

REFLECCIN DEL SONIDOECOLOCACIN

ECOGRAFIA O ULTRASONOGRAFIA

Transductor: emite las ondas y recibe el eco (lineal, sectorial, convexo)Consola: interpretar y transforma en imagen EQUIPO DE ECOGRAFAPROCESO ECOGRFICO

APLICACIONES DIAGNSTICAS DE LA ECOGRAFIA

USOS DE LOS ULTRASONIDOSULTRASONIDO

ONDA VIBRATORIA ACSTICADELFINESMURCILAGOS

ULTRASONIDO

PROFUNDIDAD1 MHz3 MHzULTRASONIDOGELCONDUCTORESPESOR DE LA PIEL

ULTRASONIDOUSOSDIAGNSTICOECOGRAFIA80

ULTRASONIDOUSOSTRATAMIENTO

ESTTICA

82Ultrasonido

dB(A)w/m2dB(A)w/m2

0 1,000.10-12 55 3,162.10-7 83 1,995.10-4

10 1,000.10-11 56 3,981.10-7 84 2,512.10-4

20 1,000.10-10 57 5,012.10-7 85 3,162.10-4

30 1,000.10-9 58 6,310.10-7 86 3,981.10-4

31 1,259.10-9 59 7,943.10-7 87 5,012.10-4

32 1,585.10-9 60 1,000.10-6 88 6,310.10-4

33 1,995.10-9 61 1,259.10-6 89 7,943.10-4

34 2,512.10-9 62 1,585.10-6 90 1,000.10-3

35 3,162.10-9 63 1,995.10-6 91 1,259.10-3

36 3,981.10-9 64 2,512.10-6 92 1,585.10-3

37 5,012.10-9 65 3,162.10-6 93 1,995.10-3

38 6,310.10-9 66 3,981.10-6 94 2,512.10-3

39 7,943.10-9 67 5,012.10-6 95 3,162.10-3

40 1,000.10-8 68 6,310.10-6 96 3,981.10-3

41 1,259.10-8 69 7,943.10-6 97 5,012.10-3

42 1,585.10-8 70 1,000.10-5 98 6,310.10-3

43 1,995.10-8 71 1,259.10-5 99 7,943.10-3

44 2,512.10-8 72 1,585.10-5 100 1,000.10-2

45 3.162.10-8 73 1.995.10-5 101 1,259.10-2

46 3,981.10-8 74 2.512.10-5 102 1,585.10-2

47 5,012.10-8 75 3,162.10-5 103 1,995.10-2

48 6,310.10-8 76 3,981.10-5 104 2,512.10-2

49 7.943.10-8 77 5.012.10-5 105 3,162.10-2

50 1,000.10-7 78 6,310.10-5 106 3,981.10-2

51 1,259.10-7 79 7,943.10-5 107 5,012.10-2

52 1,585.10-7 80 1.000.10-4 108 6,310.10-2

53 1,995.10-7 81 1,259.10-4 109 7,943.10-2

54 2,512.10-7 82 1,585.10-4 110 1,000.10-1dB(A)w/m2

O1

O2

V

V

F

V=0

O1

O2

V

F