Propagación del sonido: qué es y cómo funciona

Todos los días oímos sonidos de diferentes tipos de fuentes, desde humanos hasta vehículos, desde instrumentos musicales hasta televisores. Al igual que ocurre con otras formas de energía (mecánica, térmica, luminosa, etc.), la energía del sonido no puede ser ni creada ni destruida. Con esta afirmación se hace referencia al principio de conservación de la energía formulado por el físico estadounidense Feynman. Como dice el propio Feynman, de hecho, solo podemos cambiar su forma, pero la energía siempre estará presente.

¿Qué esl a propagación del sonido?

El sonido se produce por las vibraciones de los objetos. El objeto o sustancia a través del cual se propaga se denomina medio y puede ser sólido, líquido o gaseoso.
Las ondas sonoras se desplazan desde su punto de origen (fuente) en dirección al oyente..
En particular, cuando un objeto vibra, transmite estas vibraciones a las partículas del medio adyacente; de hecho, las suyas no viajan de la fuente al oído. Cada partícula del medio situada cerca de la fuente se «desplaza» desde su posición de equilibrio y se hace mover. A su vez, esta transmitirá energía a las partículas cercanas, permitiendo así la difusión del sonido. Las partículas del medio no se mueven hacia adelante por sí solas: la propagación del sonido, de hecho, puede describirse con un movimiento ondulatorio dado, precisamente, por la onda acústica.

El aire es, sin duda, el medio de propagación más común; cuando un objeto vibra, empuja y comprime el aire adyacente a él. La zona comprimida empieza a alejarse de la fuente; cuando esta se «afloja» y vuelve a su estado de equilibrio, se crea un área de baja presión llamada refracción. Este movimiento alterno se repite muchas veces, generando diferentes áreas de compresión y refracción en el aire. Precisamente la alternancia de estas áreas permite que la onda sonora se propague a través del medio. Las zonas de alta presión o de baja presión presentes en el medio se refieren a la densidad de partículas presentes en un volumen determinado. Cuanto más haya, más alta será la presión. Por lo tanto, se puede decir que la propagación del sonido se produce a través de la variación de presión dentro del propio medio.

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Se necesita un medio para la propagación del sonido

Como onda mecánica, el sonido necesita un medio físico (agua, aire, metal, etc…) para ser transmitido. De hecho, no puede viajar en el vacío, como puede demostrarse con un ejemplo simple.
Si se introduce una campana normal dentro de una campana de cristal herméticamente cerrada y se conecta a una bomba de vacío, se puede ver como, a medida que disminuye la cantidad de aire en el interior, el sonido de la campana se irá atenuando cada vez más, hasta que deje de ser audible una vez que todo el aire haya sido aspirado dentro del recipiente.

Propagación del sonido y velocidad del sonido

El sonido se propaga a través de un medio determinado con una velocidad constante. Como ocurre durante una tormenta, el trueno se escucha unos instantes después de ver el rayo: el sonido viaja más lentamente que la luz y su velocidad depende estrechamente de las propiedades físicas del medio a través del cual se propaga. En particular, hay dos aspectos principales:

  • La velocidad del sonido está estrechamente relacionada con la temperatura del medio. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido será el sonido. Por ejemplo, su velocidad en el aire a 0°C es de 331m/s, mientras que si el aire está a 22°C es de 344m/s.
  • La velocidad del sonido disminuye al pasar de un medio sólido a un medio gaseoso.

Los dos supuestos pueden demostrarse fácilmente en la siguiente tabla, que muestra las diferentes velocidades que el sonido asume en relación con el medio y su temperatura.

Velocidad del sonido en diferentes medios a 25 ºC

Estado Sustancia Velocidad en m/s
Sólidos Aluminio 6420 6420
Níquel 6040
Acero 5960
Hierro 5950
Latón 4700
Vidrio (sílex) 3980
Líquidos Agua (mar) 1530
Agua (destilada) 1498
Etanol 1207
Metanol 1103
Gas Hidrógeno 1284
Helio 965
Aire 346
Oxígeno 316
Dióxido de azufre 213

El estampido sónico

boom sonico - propagazione del suono - foto2Cuando la velocidad de cualquier objeto supera la velocidad del sonido, se dice que está viajando a una velocidad supersónica. ¿Qué significa eso exactamente?

Objetos como los proyectiles y los aviones a reacción a menudo viajan a velocidades supersónicas; cuando una fuente se mueve a una velocidad superior a la del sonido que genera, produce ondas de choque en el aire que transportan una gran cantidad de energía. El cambio en la presión del aire asociado a este tipo de ondas de choque produce un sonido muy fuerte y ruidoso llamado «estampido sónico». Esta energía es tan fuerte que, por ejemplo, la generada por un avión supersónico tiene suficiente potencia para romper el vidrio e incluso dañar los edificios.

En resumen

  • El sonido se produce por objetos que vibran.
  • El sonido viaja longitudinalmente a través de un medio físico.
  • El sonido se propaga gracias a la presencia de compresiones y refracciones en el medio.
  • La propagación del sonido consiste en la transmisión de energía acústica de una partícula a otra (de hecho, no se trata de un desplazamiento de partículas, sino de una transmisión de energía de una a otra).
  • El sonido no puede viajar en el vacío.
  • La velocidad del sonido depende en primer lugar de la naturaleza, la temperatura y el estado del medio a través del cual se propaga.