El sonido
Estás en un concierto en el Malecón 2000 de Guayaquil. Si pones la mano sobre el parlante, sientes cómo vibra. Esa vibración empuja el aire, el aire empuja tu tímpano y tu cerebro lo interpreta como sonido. Sin aire (ni otro medio) no habría nada que empujar: por eso en el espacio no se oyen explosiones, aunque el cine insista en lo contrario. ¿Y cómo viaja exactamente ese movimiento hasta ti?
El sonido es una onda mecánica longitudinal
Tocas tu garganta mientras hablas y notas un cosquilleo constante en los dedos. ¿De qué manera viaja ese movimiento hasta el oído de otra persona?
Fíjate en que las partículas oscilan en la misma dirección en que avanza la onda: por eso es longitudinal. Con un resorte largo (un “slinky”) sobre la mesa puedes modelarlo: empujas y sueltas un extremo, y las zonas apretadas y estiradas viajan por el resorte mientras cada espira solo se mueve un poco hacia delante y hacia atrás.
Las cualidades del sonido y cómo se debilita con la distancia
Dos cantantes entonan la misma nota. Reconoces la voz de cada uno y notas si uno canta más fuerte. ¿Qué características de la onda explican cada percepción?
Mueve la frecuencia: más ondas por segundo es un sonido más agudo. Sube la amplitud: la onda es más “alta” y el sonido sería más fuerte.
Por ejemplo, en una guitarra la cuerda delgada vibra a $330\ \text{Hz}$ y la gruesa a $82{,}5\ \text{Hz}$: la delgada suena más aguda. Y un violín y una flauta tocando un la de $440\ \text{Hz}$ con el mismo volumen tienen la misma frecuencia y amplitud, pero distinta forma de onda: eso es el timbre.
La rapidez del sonido: medios, ecos y sonar
En una tormenta ves el relámpago al instante, pero el trueno tarda varios segundos. ¿Con qué rapidez viaja el sonido y por qué no es igual en el aire, en el agua o en el metal?
Si el sonido viaja con rapidez constante $v$, la distancia en un solo sentido es $d = v \cdot t$, y el tiempo es $t = d/v$.
El altavoz del coliseo está a $68\ \text{m}$ de donde tú estás, como se muestra en la figura. ¿Cuánto tarda el sonido en llegar a tus oídos? Dato: el sonido viaja por el…
El altavoz del coliseo está a $68\ \text{m}$ de donde tú estás, como se muestra en la figura.
¿Cuánto tarda el sonido en llegar a tus oídos? Dato: el sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$.
Durante una tormenta ves el relámpago y cuentas $4\ \text{s}$ hasta que oyes el trueno, como se muestra en la figura. a) ¿A qué distancia de ti está la tormenta? (El…
Durante una tormenta ves el relámpago y cuentas $4\ \text{s}$ hasta que oyes el trueno, como se muestra en la figura.
- a) ¿A qué distancia de ti está la tormenta? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
- b) ¿Por qué puedes despreciar el tiempo que tarda en llegarte la luz del relámpago?
Gritas frente a la pared de una cancha de frontón y oyes el eco $0,5\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura. a) Explica qué camino recorrió el sonido desde que…
Gritas frente a la pared de una cancha de frontón y oyes el eco $0,5\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura.
- a) Explica qué camino recorrió el sonido desde que salió de tu boca hasta que lo oíste.
- b) Calcula a qué distancia está la pared. (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
Unos fuegos artificiales estallan a $1700\ \text{m}$ de tu casa. ¿Cuánto tardas en oír el estampido desde que ves el destello? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
Unos fuegos artificiales estallan a $1700\ \text{m}$ de tu casa. ¿Cuánto tardas en oír el estampido desde que ves el destello? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
El sonido viaja por el agua del mar a unos $1500\ \text{m/s}$. Dos delfines nadan separados por $3\ \text{km}$. a) ¿Cuánto tarda el sonido de uno en llegar al otro por…
El sonido viaja por el agua del mar a unos $1500\ \text{m/s}$. Dos delfines nadan separados por $3\ \text{km}$.
- a) ¿Cuánto tarda el sonido de uno en llegar al otro por el agua?
- b) ¿Cuánto tardaría en recorrer esa misma distancia por el aire? (En el aire viaja a $340\ \text{m/s}$; expresa el resultado con un decimal.)
- c) ¿En cuál de los dos medios se propaga más rápido el sonido?
Un guía de montaña grita hacia la pared de un desfiladero que se encuentra a $170\ \text{m}$. a) ¿Qué distancia total recorre el sonido desde que grita hasta que oye el…
Un guía de montaña grita hacia la pared de un desfiladero que se encuentra a $170\ \text{m}$.
- a) ¿Qué distancia total recorre el sonido desde que grita hasta que oye el eco?
- b) ¿Cuánto tiempo tardará en oír el eco? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
Un excursionista grita frente a una pared rocosa lejana y oye el eco $3\ \text{s}$ después. a) ¿A qué distancia está la pared? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.) b)…
Un excursionista grita frente a una pared rocosa lejana y oye el eco $3\ \text{s}$ después.
- a) ¿A qué distancia está la pared? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
- b) Camina $170\ \text{m}$ hacia la pared y vuelve a gritar: ¿cuánto tarda ahora el eco?
- c) Explica por qué el tiempo se ha reducido en la misma proporción que la distancia.
Existe una regla práctica para las tormentas: «cada $3\ \text{s}$ entre el relámpago y el trueno, $1\ \text{km}$ de distancia». a) Comprueba la regla calculando qué…
Existe una regla práctica para las tormentas: «cada $3\ \text{s}$ entre el relámpago y el trueno, $1\ \text{km}$ de distancia».
- a) Comprueba la regla calculando qué distancia recorre el sonido en $3\ \text{s}$ ($v_{\text{sonido}} = 340\ \text{m/s}$).
- b) ¿Qué error comete la regla, en metros y en porcentaje? ¿Te parece aceptable para el uso cotidiano?
- c) La regla supone que la luz llega al instante: calcula cuánto tarda en realidad la luz del relámpago en recorrer $1\ \text{km}$ ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) y justifica si la suposición es razonable.
Dos alumnos quieren medir la velocidad del sonido al aire libre. Se colocan a $255\ \text{m}$ el uno del otro: uno golpea un bombo y el otro cronometra $0,75\ \text{s}$…
Dos alumnos quieren medir la velocidad del sonido al aire libre. Se colocan a $255\ \text{m}$ el uno del otro: uno golpea un bombo y el otro cronometra $0,75\ \text{s}$ desde que ve el golpe hasta que oye el sonido.
- a) Calcula la velocidad del sonido que obtienen.
- b) ¿Por qué el segundo alumno arranca el cronómetro al ver el golpe y no necesita saber el instante exacto en que se produjo?
- c) Indica dos fuentes de error de esta medida y una forma de mejorar el experimento.
Longitud de onda, periodo y la relación v = λ · f
Las notas agudas tienen ondas “más cortas” y las graves, “más largas”. ¿Se puede calcular cuánto miden?
El oído humano, los decibeles y el ruido
Contaminación acústica. Es el exceso de ruido en un ambiente (tráfico, obras, música a todo volumen, sirenas). Afecta la salud: altera el sueño, la concentración, causa estrés y puede dañar el oído. Para reducirla se puede actuar sobre:
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la fuente: motores más silenciosos, bajar el volumen, regular horarios;
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el medio: barreras y muros acústicos, árboles, ventanas de doble vidrio con cámara de aire (el aire entre vidrios transmite mal la vibración);
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el receptor: tapones o protectores auditivos.
Dentro de casa, las cortinas gruesas, las alfombras y las repisas llenas de libros absorben el sonido (convierten parte de su energía en calor) en lugar de reflejarlo.
Vuelve al principio: en el concierto, la vibración del parlante empuja el aire, las compresiones viajan como onda longitudinal a unos $340\ \text{m/s}$ y llegan a tu tímpano; cuanto más lejos estés, menos intensidad te llega.