Mi libro dice que "el único requisito para la reflexión de la onda sonora es que el tamaño de la superficie reflectante sea mayor que la longitud de onda de la onda sonora". ¿Por qué es así? ¿No debería ser la amplitud el factor?
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elem
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Para obtener una especular reflexión (el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión), la superficie debe ser grande en comparación con la longitud de onda. Un objeto pequeño se dispersará por todas partes.
Y una hilera de árboles o un muro con ondulaciones pueden actuar como una rejilla de difracción.
WetSavannaAnimal aka Rod Vance
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Tienes razón, hay una reflexión de amplitud no nula desde una superficie de sub-longitud de onda. Su reflexión se verá simplemente como una fuente puntual en el campo lejano, y es un dispersor ineficiente. Es decir, para los reflectores con una amplitud mayor que la longitud de onda, la potencia reflejada de una onda plana incidente es aproximadamente proporcional al área de la superficie reflectante. Para los dispersores de menor longitud de onda, la disminución de la potencia reflejada con la disminución de la longitud de onda es mucho más rápida que la lineal.
El fenómeno correspondiente con la luz / las ondas electromagnéticas se denomina dispersión de Mie y, para los reflectores muy pequeños, dispersión de Rayleigh. En el régimen de Rayleigh, la disminución es con el cuadrado de la sección transversal, no linealmente.
Existen fenómenos análogos para las ondas acústicas escalares que, al igual que las electromagnéticas, cumplen la ecuación de Helmholtz. Las ecuaciones finales son ligeramente diferentes porque las condiciones de contorno electromagnéticas obligan a expresiones ligeramente diferentes, pero los principios generales serán los mismos.
A continuación se muestra un gráfico que realicé hace unos años para comprobar que un software con el que estaba trabajando reproducía la figura 13-14 de Born y Wolf, "Principles of Optics". Es un gráfico de la sección efectiva de un dispersor en función de su tamaño físico. El eje vertical es el doble de la relación entre la potencia dispersada por una esfera homogénea de agua y la potencia que se calcula asumiendo la teoría de los rayos. El eje horizontal es el factor de tamaño $\sigma = \frac{2\,\pi\,a}{\lambda}$ .
La curva dice que para factores de tamaño de 2 o más, la potencia dispersada puede calcularse mediante la teoría de los rayos, pensando en la luz como pequeñas bolitas que rebotan en un objeto macroscópico que las bloquea. Es decir, la sección transversal de la dispersión es aproximadamente igual al área de la sección transversal del objetivo. Para factores de tamaño mucho menores, la sección transversal de dispersión es mucho menor que el área de la sección transversal del objetivo "físico" y, de hecho, a medida que el objeto se hace muy pequeño, la dispersión es proporcional a la inversa cuarto potencia de la longitud de onda - mucho menor que la disminución lineal que se esperaría de la teoría de los rayos.
Ronshere
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El sonido es una onda longitudinal que viaja a través del medio (no puede viajar sin un medio), creando una onda de compresión y rarefacción alternativamente y al ser una onda tiene una propiedad fundamental llamada difracción que significa que cuando una onda pasa por un obstáculo se curva hacia sus bordes como habrás observado en el caso de la luz que pasa por un agujero o una rendija se propaga hacia afuera. Puedes comprobarlo utilizando una linterna láser, apuntando a una pared verás un pequeño punto rojo, ahora pon una aguja o un bolígrafo entre el haz de luz para que sólo una parte de la luz pueda incidir en la pared, verás la línea roja en lugar del punto, eso es difracción. La difracción es máxima si el obstáculo es más pequeño y su máximo si el obstáculo es más pequeño que la longitud de onda en tal caso la mayor parte de la onda se difracta desde el borde y es por eso que la cantidad de onda reflejada es insignificante. Esto responde a tu primera pregunta
Ahora bien, la dispersión es el fenómeno en el que la onda se desvía de su trayectoria múltiples veces y en direcciones aleatorias. Es más bien como si la onda se difundiera en el medio. La reflexión es una de las causas de la dispersión, siendo la refracción y la difracción otras causas. El efecto Tyndall en una mañana de niebla es un ejemplo perfecto de dispersión.
El tamaño de las partículas es un factor importante en la dispersión. Si el tamaño es mayor que la longitud de onda de la onda, la dispersión se debe a múltiples reflexiones geométricas, lo que se justifica en el primer párrafo. El efecto Tyndall y el agua turbia son ejemplos de este tipo de dispersión. Si el tamaño de las partículas es menor que la longitud de onda, por ejemplo el tamaño de las moléculas de aire es del orden de 10^(-12) Picómetros mientras que la longitud de onda de la luz visible es del orden de 10^(-7) (100 nanómetros), en estos casos el fotón (las partículas de luz) choca con las moléculas de gas como el oxígeno y el nitrógeno que son muy abundantes en nuestra atmósfera, el electrón de la molécula salta a los niveles de energía más altos absorbiendo el fotón y luego reemitiendo un fotón de igual o menor energía. Pero la absorción sólo se produce cuando un solo fotón tiene energía suficiente para hacer saltar el electrón, dos fotones no pueden contribuir a hacer un solo salto. Por eso, en nuestro ejemplo, la luz azul, que tiene una frecuencia más alta (o una longitud de onda más pequeña), lo que significa una mayor energía, es dispersada por los gases atmosféricos casi 9,5 veces más que la luz roja, que tiene una frecuencia más baja, lo que significa menos energía, y por eso vemos el cielo azul.
No tenía previsto una respuesta tan larga, pero no podía terminar en menos. Hay mucho más sobre la dispersión que puedes consultar en los libros o en Internet
