El sonido nos rodea. Utilizamos nuestro sentido del sonido para navegar por nuestro entorno, comunicarnos y disfrutar de la música. ¿Pero qué es el sonido? ¿Cómo se hace y cómo se transmite de una ubicación a otra?
¿Qué son las ondas de sonido?

El sonido es un tipo de onda mecánica o una oscilación de la materia. Una ola es una perturbación que viaja de un lugar a otro en un medio. La clave aquí es que los puntos en el medio oscilan en su lugar mientras viaja la perturbación misma.

Por ejemplo, considere una ola hecha por una multitud en un juego de pelota. Los aficionados en sus asientos sirven como el medio de onda. Individualmente, se ponen de pie, levantan los brazos y luego se sientan de nuevo: oscilan en su lugar. La perturbación, sin embargo, recorre todo el estadio.

Las oscilaciones en un medio tienden a presentarse en una de dos variedades: las ondas transversales oscilan en ángulo recto a la dirección de desplazamiento (como ocurre con la audiencia en el estadio). estadio, o una onda en una cuerda) y las ondas longitudinales oscilan paralelas a la dirección de desplazamiento.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales. Cuando una onda de sonido se propaga a través de un medio, como el aire, lo hace al hacer vibrar las moléculas de aire, lo que provoca cambios en la presión del aire, lo que resulta en compresiones (regiones de alta presión) y rarefacciones (regiones de baja presión) en el aire mientras la ola viaja.

Piensa en un resorte de juguete como un Slinky extendido sobre una mesa con una persona sosteniendo cada extremo. Si una persona tira el Slinky hacia sí mismo, enviará una onda longitudinal por el Slinky. Verá regiones de las bobinas Slinky que están más espaciadas (compresiones) y más espaciadas (rarefacciones). Cualquier punto dado en el Slinky oscila de un lado a otro a medida que la perturbación se mueve de un extremo al otro.

Nuevamente, esto es exactamente lo que sucede con las ondas de sonido en el aire, o cualquier otro medio, para el caso. .
¿Cómo se crean las ondas de sonido?

Al igual que con cualquier otra onda, las ondas de sonido se crean por una perturbación o vibración inicial. Un diapasón golpeado, por ejemplo, vibra a una frecuencia específica. A medida que se mueve, choca con las moléculas de aire a su alrededor, comprimiéndolas periódicamente.

Las regiones comprimidas también transfieren esta energía a sus moléculas de aire vecinas y la perturbación se mueve a través del aire hasta llegar al oído, a en cuyo punto transfiere energía a su tímpano, que vibrará a la misma frecuencia, y su cerebro lo interpretará como sonido.

Cuando habla, vibra su laringe (un pequeño tubo hueco en la parte superior de su tráquea), que a su vez hace vibrar el aire a su alrededor, que luego propaga la energía del sonido al oyente. Al contraer y expandir el tejido en su laringe, así como al manipular los articuladores en su boca (sus labios, lengua y otras estructuras bucales), puede crear diferentes sonidos.

Todos los objetos pueden ser fuentes de sonido que crean sonido. de la misma manera: al vibrar y transferir esas vibraciones a un medio adyacente, como el aire.
La velocidad del sonido

El sonido viaja a una velocidad de v (sonido en aire seco) \u003d 331.4 + 0.6T _{c
donde T c
es la temperatura en grados Celsius. En un día estándar de 20 grados Celsius (68 grados Fahrenheit), el sonido viaja a aproximadamente 343.4 m /s. ¡Eso es aproximadamente 768 millas por hora!}

La velocidad del sonido es diferente en diferentes medios. Por ejemplo, la velocidad a la que viaja una onda de sonido en el agua puede ser mayor que 1,437 m /s; en madera es de 3.850 m /s; y en aluminio, ¡más de 6,320 m /s!

Como regla general, el sonido viaja más rápido en materiales donde las moléculas están más juntas. Viaja más rápido en sólidos, segundo más rápido en líquidos y más lento en gases. Experimento: Medición de la velocidad del sonido

Puede realizar un experimento simple para medir la velocidad del sonido. Para hacer esto, necesitará una fuente emisora de sonido (que podría ser un diapasón, un aplauso o su propia voz) y una superficie reflectante a una distancia conocida de la fuente (como un acantilado sólido a varios metros de distancia). delante de usted, o el extremo cerrado de un tubo simple).

Siempre que tenga un equipo (y /o reflejos lo suficientemente rápido) que pueda medir el lapso de tiempo entre el momento en que se emite el sonido y cuando vuelve al ubicación de la fuente a través de un eco fuera de la superficie reflectante, tendrá suficiente información para determinar la velocidad.

Simplemente tome el doble de distancia desde la fuente hasta la superficie reflectante (ya que el sonido viaja desde la fuente a la superficie, y luego de nuevo) y divídalo por el tiempo entre emisión de sonido y eco.

Como ejemplo, suponga que grita en un cañón de 200 m de profundidad y recibe un eco en 1.14 segundos. La velocidad del sonido sería 2 × 200 /1.14 \u003d 351 m /s.
Exceder la velocidad del sonido

Es posible que esté familiarizado con el fenómeno de ciertas aeronaves que rompen la barrera del sonido. Lo que esto significa es que el avión vuela más rápido que la velocidad del sonido. En el momento en que excede esta velocidad, crea una explosión sónica.

Un avión que viaja a Mach 1
viaja a la velocidad del sonido. Mach 2 es el doble de la velocidad del sonido y así sucesivamente. El avión más rápido del mundo fue el X-15 norteamericano, que alcanzó una velocidad de Mach 6.7 el 3 de octubre de 1967.

En tierra, la velocidad del sonido se rompió el 15 de octubre de 1997 por Andy Green que recorrió 763.035 millas por hora en un automóvil a reacción ThrustSSC en el Desierto de Black Rock en Nevada. Frecuencia y longitud de onda

La frecuencia de una onda es el número de oscilaciones que ocurren en un punto dado en el medio por segundo. Se mide en unidades de hertz (Hz) donde 1 Hz \u003d 1 /s. La longitud de onda de una onda de sonido es la distancia entre dos regiones consecutivas de compresión máxima. Por lo general, se mide en unidades de metros (m).

La velocidad de una onda de sonido, v,
está directamente relacionada con la frecuencia f
longitud de onda lambda a través de v \u003d λf
.

La velocidad del sonido en un medio en particular no depende de la frecuencia o la longitud de onda, sino que es una constante de ese medio en particular. La frecuencia de una onda de sonido siempre coincidirá con la frecuencia de la fuente de sonido, por lo que no depende del medio o la velocidad de la onda.

Por lo tanto, en dos medios diferentes, las frecuencias serán las mismas, mientras que las velocidades serán específicas para los medios y las longitudes de onda variarán en consecuencia. (La alta frecuencia corresponde a pequeñas longitudes de onda, y viceversa.)

Los rangos de frecuencia que normalmente son detectables por el oído humano van de 64 Hz a 23 kHz, aunque las personas tienden a perder su capacidad de escuchar las frecuencias más altas como ellos envejecen En contraste, los perros pueden escuchar hasta 45 kHz (¡por eso responden a silbidos de perros que son inaudibles para los humanos), los gatos pueden escuchar hasta 64 kHz y las marsopas pueden escuchar hasta 150 kHz!
"En el espacio, nadie puede oírte gritar"

Sin duda te has encontrado con esta cita de la película de 1979 Alien
, y es cierto: el sonido no viaja en un vacío. Esto es porque necesita un medio. Tiene que haber algo de material entre la fuente de sonido y usted para que el sonido se propague.

Entonces, ¿todas esas escenas de batallas espaciales que ven en películas con fuertes explosiones? Completamente falso! No habría sonido porque no hay medio por el que pueda viajar.
Intensidad de sonido y energía de sonido

La intensidad de sonido, I
, es la potencia de sonido por unidad de área. La unidad SI para la intensidad del sonido es watts /m ^{2 donde I _{0
\u003d 10 -12 W /m 2 se considera el umbral para la audición humana. Coloquialmente, la intensidad del sonido es lo que consideramos el "volumen" de un sonido.}}

Una forma común de presentar el volumen percibido del sonido es mediante el uso de la escala de decibelios (dB), donde la intensidad del sonido está en decibelios \u003d 10_log (I /I _{0) ._}

Esta escala es útil porque los humanos no perciben el volumen linealmente. Es decir, un sonido con el doble de intensidad puede parecer más del doble de alto cuando comenzó en silencio, y menos del doble de alto si ya comenzó a sonar algo alto. La escala de decibelios proporciona números más consistentes con nuestras percepciones.

El sonido de la respiración ligera es de aproximadamente 10 dB, mientras que la conversación en un restaurante es de aproximadamente 60 dB. Un sobrevuelo en chorro a 1,000 pies es de aproximadamente 100 dB. Un trueno doloroso límite es de 120 dB, y los tímpanos se rompen a 150 dB.

La energía en una onda de sonido está directamente relacionada con la intensidad. Las unidades de intensidad, W /m ^{2, son las mismas que J /(sm 2) o energía en julios por segundo por metro cuadrado.
Instrumentos musicales}

Recuerde que el la velocidad del sonido solo dependía del medio, y no de la frecuencia de la onda. Esto es bueno porque, de lo contrario, escuchar un concierto sería una experiencia terrible, con diferentes notas musicales que llegan fuera de orden.

Las diferentes frecuencias de sonido corresponden a diferentes tonos o notas musicales. Cuando un cantante canta, producen diferentes frecuencias cambiando el tamaño y la forma de su laringe. Los instrumentos musicales están diseñados para crear sonido de tonos puros, generalmente mediante la creación de ondas estacionarias, ya sea en un tubo o tubería, o a lo largo de una cuerda.

Considere un instrumento de cuerda como una guitarra. La frecuencia a la que vibra una cuerda desplumada depende de su densidad de masa (cuánta masa por unidad de longitud), la tensión en la cuerda (qué tan apretada está) y su longitud. Si miras una guitarra, verás que cada cuerda tiene un grosor diferente. Las perillas de afinación en el extremo del mango le permiten ajustar la tensión de la cuerda, y los trastes le permiten colocar los dedos para alterar la longitud de la cuerda mientras toca, lo que le permite crear muchas notas diferentes.

Los vientos de madera, en contraste, consisten en tubos huecos donde se pueden crear ondas estacionarias en columnas de aire (como en la laringe). Los diferentes agujeros de tono en dicho instrumento le permiten cambiar los tipos de ondas estacionarias que se pueden formar y, por lo tanto, cambiar las notas que se pueden tocar.

Para un instrumento como un trombón, también puede ajustar el tubo longitud moviendo el deslizador hacia adelante y hacia atrás, lo que permite diferentes ondas estacionarias de frecuencia y, por lo tanto, se pueden tocar diferentes notas.

Los instrumentos de percusión, como la batería, dependen de las vibraciones de una membrana (como la cabeza de un tambor) . Al igual que al tocar las cuerdas de una guitarra, cuando golpeas la cabeza del tambor en diferentes lugares, se forman ondas estacionarias en la membrana, creando sonido. La frecuencia y la calidad del sonido dependen del tamaño de la membrana, su grosor y tensión.