Sonido (y 2)

Experientia docet Ondas Artículo 17 de 22

Un oficial y un soldado de un regimento de Feldartillerie alemán en 1917. Su equipamiento les permitía detectar la llegada de aviones por el sonido, e identificarlos visualmente gracias a los prismáticos incorporados. Fuente: Rare Historical Photos

Siempre ha sido bastante obvio que el sonido emplea un tiempo para viajar desde la fuente hasta el receptor. Cronometrando los ecos en una distancia conocida, el matemático Marin Mersenne calculó por primera vez en 1640 la velocidad del sonido en el aire. Pasaron otros 70 años antes de que William Derham, comparando el flash y el ruido de los cañones a 20 km de distancia, se acercara a las mediciones modernas. El sonido en el aire al nivel del mar a 20 ° C se mueve a unos 344 m/s. Al igual que para todas las ondas, la velocidad de las ondas de sonido depende de las propiedades del medio: la temperatura, la densidad y la elasticidad. Las ondas de sonido generalmente viajan más rápido en líquidos que en gases, y más rápido todavía en sólidos. En el agua de mar su velocidad es de unos 1500 m/s; en el acero unos 5000 m/s; en el cuarzo unos 5500 m/s.

La interferencia de las ondas de sonido se puede mostrar de varias maneras. Una de las consecuencias de las características de las interferencias es que, en una sala grande con superficies duras que reflejen el sonido, habrá puntos “muertos”. En estos puntos, las ondas de sonido interfieren con las reflejadas, con lo que tienden a cancelarse entre sí. Los ingenieros acústicos deben considerar esto al diseñar la forma, la posición y los materiales de un auditorio.

Otro ejemplo interesante y bastante diferente de la interferencia de sonido es el fenómeno conocido como batimento. Cuando dos notas de frecuencia ligeramente diferente se escuchan juntas, interfieren. Esta interferencia produce batimentos, una pulsión rítmica de la intensidad del sonido (trémolos). Los afinadores de piano y los músicos de instrumentos de cuerda utilizan este hecho para afinar dos cuerdas al mismo tono. Simplemente ajustan una cuerda u otra hasta que los batimentos desaparecen.

La refracción del sonido por diferentes capas de aire explica por qué a veces no se puede escuchar el trueno después de ver un rayo. Una refracción similar del sonido ocurre en capas de agua de diferentes temperaturas. Los geólogos utilizan la refracción de las ondas de sonido para estudiar la estructura profunda de la Tierra y para localizar combustibles fósiles y minerales. Por ejemplo, se crean ondas de sonido muy intensas en el suelo (explosiones de dinamita, por ejemplo). Las ondas de sonido viajan a través de la Tierra y son recibidas por dispositivos de detección en diferentes ubicaciones. La trayectoria de las ondas, al ser refractadas por las capas del terreno, se puede calcular a partir de las intensidades de sonido relativas y los tiempos alas que son recibidas. A partir del conocimiento de las trayectorias se pueden hacer estimaciones de la composición de las capas.

Como exlicamos en su momento, la difracción es una propiedad de las ondas sonoras. Las ondas de sonido doblan las esquinas y barreras para llegar al oyente.

Las ondas sonoras se reflejan, al igual que las ondas en una cuerda o en el agua, cada vez que se encuentran con un límite entre diferentes medios. Las características arquitectónicas llamadas “galerías o gabinetes de secretos” muestran vívidamente cómo se puede enfocar el sonido mediante el reflejo en superficies curvas. Un uso inteligente de la sala de los secretos se atribuye a Juan de Herrera mientras se construía el Real Monasterio y Sitio de San Lorenzo de El Escorial, como puede leerse aquí. Pero ya eran conocidas siglos antes: la de la Alhambra, por ejemplo, data de 1358.

Todos estos efectos son de interés en el estudio de la acústica. Además, el buen diseño acústico de los edificios públicos se reconoce actualmente como una factor importante para distinguir un buen diseño arquitectónico.

Hasta ahora hemos visto los fenómenos básicos de las ondas mecánicas, que terminan con la teoría de la propagación del sonido. Las explicaciones de estos fenómenos se consideraron el triunfo final de la mecánica newtoniana aplicada a la transferencia de energía de las partículas en movimiento. La mayoría de los principios generales de la acústica se descubrieron en la década de 1870. Desde ese momento tal vez su influencia más importante en la física moderna fue su efecto en la mentalidad de las personas de ciencia. Los éxitos de la acústica las alentaron a tomarse en serio el poder del punto de vista ondulatorio, incluso en campos alejados del original: el movimiento mecánico de las partículas que se mueven adelante y atrás o arriba y abajo en un medio. Pero en nada tuvo más importancia que en el estudio de un fenómeno importantísimo: la luz.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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