El sonido

En un laboratorio se cuelga un timbre eléctrico dentro de una campana de cristal y se va extrayendo el aire poco a poco. La figura muestra el montaje del experimento.

1. a) Describe qué se oye a medida que sale el aire.
2. b) ¿Qué demuestra este experimento sobre lo que necesita el sonido para propagarse?
3. c) ¿Por qué dos astronautas en la superficie de la Luna se hablan por radio aunque estén uno al lado del otro?

El sonido viaja por el aire como una sucesión de zonas de aire comprimido y enrarecido que avanzan desde la fuente hasta el oído. La figura representa esas zonas de compresión y enrarecimiento.

1. a) ¿Viaja el aire desde el altavoz hasta tu oreja o solo oscila en torno a su posición?
2. b) Teniendo en cuenta la dirección en que oscila el aire respecto a la dirección en que avanza la onda, ¿el sonido es una onda transversal o longitudinal? Justifícalo.
3. c) Describe cómo lo modelarías con un muelle estirado sobre la mesa.

El altavoz del polideportivo 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 $340\ \text{m/s}$.

En una guitarra, la cuerda primera (la más fina) vibra a $330\ \text{Hz}$ al aire y la sexta (la más gruesa) a $82,5\ \text{Hz}$.

1. a) ¿Cuál de las dos cuerdas suena más aguda?
2. b) ¿De qué magnitud de la onda depende el tono (agudo o grave) de un sonido?
3. c) ¿En qué unidad se mide esa magnitud?

Gritas frente a la pared de un frontón y oyes el eco $0,5\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura.

1. a) Explica qué camino ha recorrido el sonido desde que salió de tu boca hasta que lo oíste.
2. 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 $340\ \text{m/s}$.)

Un silbato emite un sonido de $340\ \text{Hz}$ en el aire, donde el sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.

1. a) Calcula su longitud de onda.
2. b) Otro silbato emite con el doble de frecuencia, $680\ \text{Hz}$: calcula su longitud de onda.
3. c) Explica, con ayuda de $v = \lambda \cdot f$, cómo cambia la longitud de onda de un sonido cuando aumenta su frecuencia en el mismo medio.

Un excursionista grita frente a una pared rocosa lejana y oye el eco $3\ \text{s}$ después.

1. a) ¿A qué distancia está la pared? (El sonido viaja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Camina $170\ \text{m}$ hacia la pared y vuelve a gritar: ¿cuánto tarda ahora el eco?
3. c) Explica por qué el tiempo se ha reducido en la misma proporción que la distancia.

El sonar de un barco envía un pulso de ultrasonido hacia el fondo marino y el eco regresa $0,4\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura. El sonido viaja por el agua a $1500\ \text{m/s}$.

1. a) ¿Qué profundidad hay bajo el barco?
2. b) ¿Por qué el sonar usa ultrasonidos en lugar de sonidos audibles?
3. c) Si el barco navega hasta una zona donde el fondo está a $600\ \text{m}$, ¿cuánto tardará en regresar el eco?

Existe una regla práctica para las tormentas: «cada $3\ \text{s}$ entre el relámpago y el trueno, $1\ \text{km}$ de distancia».

1. a) Comprueba la regla calculando qué distancia recorre el sonido en $3\ \text{s}$.
2. b) ¿Qué error comete la regla, en metros y en porcentaje? ¿Te parece aceptable para el uso cotidiano?
3. 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.