Leí en varios lugares que la frecuencia no cambia con el medio. En cambio, la longitud de onda cambia en diferentes medios debido a un cambio en la velocidad. Entiendo por qué la velocidad cambia con el medio, pero no estoy seguro de por qué cambia la longitud de onda, no la frecuencia. Un sitio web dijo que se debía a la conservación de la energía, pero leí que la energía de una onda de sonido depende de su amplitud, no de su frecuencia. ¿Es eso correcto? Si es así, ¿por qué la frecuencia no depende del medio?
Porque la frecuencia de una onda de sonido se define como "el número de ondas por segundo".
Si tuviera una fuente de sonido que emitiera, digamos, 200 ondas por segundo, y su oído (dentro de un medio diferente) recibiera solo 150 ondas por segundo, las 50 ondas por segundo restantes tendrían que acumularse en algún lugar, presumiblemente, en la interfaz entre los dos medios.
Después de, digamos, un minuto de reproducir el sonido, ya habría 60 × 50 = 3000 ondas retrasadas apiladas en la interfaz, esperando su turno para ingresar al nuevo medio. Si detuvieras el sonido en ese punto, todas esas ondas acumuladas tardarían 20 segundos más en llegar al nuevo medio, a 150 ondas por segundo. Así, tu oído, dentro del medio diferente, seguiría oyendo el sonido durante 20 segundos más después de que ya se hubiera detenido.
No observamos que el sonido se acumule en los límites de diferentes medios como ese. (Sería un poco conveniente si lo hiciera, ya que podríamos usar ese efecto para una fácil grabación de sonido, sin tener que molestarnos con micrófonos y grabar discos/almacenamiento digital. Pero, por desgracia, simplemente no sucede). Por lo tanto, parece que, en el mundo real, la frecuencia del sonido no cambia entre los medios.
Además, imagina que cambiaste los medios: ahora la fuente de sonido estaría emitiendo 150 ondas por segundo, dentro del medio de "baja frecuencia", y tu oído recibiría 200 ondas por segundo dentro del medio de "alta frecuencia". ¿De dónde vendrían las 50 ondas adicionales por segundo? ¿El futuro? ¿O simplemente aparecerían mágicamente de la nada?
Dicho todo esto, existen procesos físicos que pueden cambiar la frecuencia del sonido, o al menos introducir algunas frecuencias nuevas. Por ejemplo, hay materiales que pueden interactuar con una onda de sonido y cambiar su forma , distorsionándola de modo que una onda de sonido originalmente pura de una sola frecuencia adquiera armónicos en frecuencias más altas.
Sin embargo, estos no son los mismos tipos de cambios continuos que observaría con la longitud de onda, cuando se mueve de un medio a otro con una velocidad de sonido diferente. Más bien, los sobretonos introducidos de esta manera son generalmente múltiplos (o fracciones simples) de la frecuencia original: puede obtener fácilmente sobretonos a dos, tres o cuatro veces la frecuencia original, pero no a, digamos, 1,018 veces la frecuencia original. Esto se debe a que en realidad no están cambiando la velocidad a la que el ciclo de las ondas, sino la forma de cada onda individual (lo que puede verse como la conversión de parte de cada onda original en nuevas ondas con dos/tres/etc. veces la original). frecuencia).
Esto tiene que ver con la continuidad del movimiento ondulatorio. Imagina que tuviste un cambio en la frecuencia que va del medio A al medio B; digamos que 10 Hz se convierten en 20 Hz.
¿Cómo haces que algo se mueva a 20 Hz? Por supuesto, debe aplicar una fuerza impulsora a 20 Hz. Pero la onda entrante va a 10 Hz.
Para añadir energía a la ola debemos estar empujando cuando se aleja de nosotros y tirando cuando se acerca a nosotros (o tirar hacia arriba mientras se mueve hacia arriba, etc.). Si te mueves demasiado lento para mantener el ritmo, no puedes darle energía a la onda que se mueve más rápido (frecuencia más alta).
La única forma de permanecer "sincronizado" es tener la misma frecuencia. Pero la longitud de onda puede cambiar, eso solo depende de la frecuencia y la velocidad de propagación.
La frecuencia, en física, es el número de crestas que pasan por un punto fijo en el medio en la unidad de tiempo.
Entonces debería depender de la fuente, no del medio. Si tomo una fuente que vibra más rápido que la tuya, entonces la cantidad de crestas que mi fuente puede crear por segundo (por ejemplo) será mayor que la tuya.
Pero la velocidad de la onda depende de las propiedades del medio, por ejemplo, temperatura, densidad, etc.
también sabemos que
De esta ecuación, la longitud de onda depende de la velocidad de la onda (es decir, del medio) y de la frecuencia; por lo que es diferente para diferentes medios. Piense en la frecuencia en la ecuación como una constante, ya que solo depende de la fuente, por lo que si ahora cambia la velocidad (es decir, cambia el medio), ¡entonces solo cambia la longitud de onda!
Tomando el ejemplo más simple de una onda de sonido, el componente que determina su frecuencia es el movimiento "arriba-abajo" de la onda (perpendicular a la dirección del movimiento), mientras que su velocidad de propagación (en la dirección del movimiento) está determinada por el " resistencia" del medio. Por lo tanto, si cambia el medio , solo cambia la longitud de onda .
Hay un sistema en el que la frecuencia cambiará cuando cambie el medio: una cuerda fija en ambos extremos, como una cuerda de guitarra.
Si toca una cuerda de guitarra, luego cambia el estado medio cambiando la tensión, el tono que escucha cambiará. Esto se debe a que las longitudes de onda son fijas (2L, L, L/2, L/3, etc.) pero la velocidad de la onda cambia. Cambiar la velocidad de manera continua no aumentará la energía lo suficiente como para detener la vibración, y se escucharán las nuevas frecuencias resonantes.
Sin embargo, normalmente un punto en una onda sirve como fuente para una nueva onda ( ondículas de Huygens ). Si no hay nada que obligue a la(s) longitud(es) de onda a permanecer constante, la frecuencia de la continuación de la onda será la misma que la frecuencia del punto fuente.
Brent