Velocidad del Sonido: La Transmision del Sonido en el Vacio

Velocidad del Sonido
Transmisión del sonido en el Vacío

PORQUE EL SONIDO NO SE TRANSMITE EN EL VACÍO?

• ►INTRODUCCIÓN:

Las ondas sonoras no so propagan instantáneamente, sino que emplean un cierto tiempo para llegar de un punto a otro del medio.

Esto es muy evidente durante las tormentas: a pesar de que el relámpago y el trueno se producen simultáneamente, primero se ve el relámpago, en razón de que la luz es más veloz, y luego se oye el trueno, puesto que el sonido es más lento.

La velocidad con la cual el sonido se propaga en el aire, al nivel del mar, es de 340 metros por segundo, equivalentes a 1.224 kilómetros por hora.

Disminuye con la altitud.

En el agua, la velocidad del sonido es mucho mayor que en el aire: 1.504 metros por segundo, es decir, 5.414 kilómetros por hora.

Notablemente mayor es, todavía, la velocidad con que las ondas sonoras se propagan en los metales: en la fundición de hierro, la velocidad del sonido es de 5.127 metros por segundo, o sea, 18.457 kilómetros por hora.

En algunos tipos de acero, la velocidad alcanza los 6.080 metros por segundo (21.888 kilómetros por hora).

Ver: El Registro o Grabacion de Sonidos

¿Por qué el sonido no se transmite en el vacío?

La naturaleza precisa del sonido ha intrigado durante siglos a la gente. Filósofos y científicos aún discuten si el sonido existe aun cuando nadie esté ahí para escucharlo.

Si una enorme roca rueda por la ladera de una montaña, lejos del alcance de alguna persona, ¿causa algún ruido?, y silo hace, ¿de qué manera podemos demostrarlo?

Tal debate rara vez termina en un acuerdo, porque la solución a este problema depende de cómo se defina el sonido. los filósofos afirman que el sonido existe sólo si se le escucha; los físicos toman una actitud más objetiva y sostienen que el sonido es una forma de energía que existe aun sin que lo escuche el hombre.

En la actualidad el registro constante de mensajes demuestra que la energía sonora se crea cuando no estamos presentes para escuchar el sonido.

Sin embargo, persiste la confusión respecto a la naturaleza de éste, debido a que el sonido es causa y efecto, pero hay una tendencia a mezclarlos.

Para algunos, el sonido es una vibración forzada de átomos y moléculas en un medio de algún tipo, como la atmósfera o el agua.

Por otra parte, es la sensación dentro del receptor, la reacción del oído y del cerebro a vibraciones externas.

En sustancias elásticas, como los gases, muchos líquidos y la mayoría de los sólidos, los átomos y moléculas están en movimiento constante.

Un sonido sacude una molécula contra su vecina, lo que pone en marcha una reacción en cadena. Cuando una molécula se aproxima a su vecina, ésta la empuja de regreso pero, al mismo tiempo, se aproxima a otra.

Este movimiento rítmico y de atrás hacia adelante se produce ininterrumpidamente en el medio, llevando la energía de la onda sonora.

Normalmente, escuchamos los sonidos por una onda sonora que viaja en el aire; sin ésta no escucharíamos los sonidos que nos son tan familiares.

Un volumen de sonido depende de la energía de sus ondas.

Si creamos un vacío en un jarro grande, al extraer el aire de su interior no podrá escapar ningún sonido porque no hay nada que lo transmita.

En 1660 el físico Robert Boyle demostró este hecho al suspender un reloj con una buena alarma dentro de un vacío; en el momento en que debía sonar la alarma, los presentes no escucharon nada.

La determinación de la velocidad de propagación del sonido ha ocupado a los científicos durante muchos años.

Se han hecho diferentes intentos de obtener un valor exacto, habiendo tratado cada experimentador de reducir o eliminar posibles errores en mediciones anteriores y encontrar así un valor más seguro.

Las primeras mediciones se hicieron disparando un cañón en una colina y registrando con un reloj de precisión el tiempo que transcurría entre el momento en que se veía la explosión de la pólvora y el momento en que el sonido de la misma se oía en otra colina situada a una distancia conocida.

Hay dos errores que pueden alterar este tipo de medición.

En primer lugar, todo viento existente modificaría la velocidad real del sonido, aunque este error podría reducirse haciendo la experiencia simultáneamente en ambos sentidos (disparando un cañón en cada colina).

El otro error es más serio en el sentido de que poco o nada puede hacerse para eliminarlo —es el error personal debido al tiempo de reacción del observador—.

Existe siempre una diferencia de tiempo entre el momento en que el observador ve la señal u oye el sonido y aquel en que reacciona a ello y la registra, y es muy probable que ese lapso sea diferente para señales visuales y señales sonoras.

Como la velocidad del sonido varía con la temperatura y humedad (contenido de vapor de agua) del aire, es mucho mejor si estos dos factores pueden ser cuidadosamente controlados.

Por este motivo, las determinaciones modernas de la velocidad del sonido se han llevado a cabo en locales cerrados, como por ejemplo largos y rectos túneles subterráneos.

• ►Velocidad del Sonido:

(depende del medio en que se propague)

aire: 340 m/s
agua:1460 m/s.
acero:5941 m/s

• ►PROPAGACIÓN DEL SONIDO.

Para entender la acústica, debemos saber cómo se propagan las ondas sonoras desde su fuente hasta el oído y debemos entender el modo en que oímos y evaluamos los sonidos.

Uno de los aspectos más importantes del sonido que afecta a la acústica, es el eco.

El eco es un sonido que se ha reflejado desde una superficie.

Las superficies duras hechas de maderas, piedra o concreto son buenas para reflejar sonidos y para producir un fuerte eco.

Las superficies blandas, como las ropas, absorben el sonido y producen poco eco.

En toda sala o auditorio escuchamos a la vez el sonido original directamente de un instrumento o de la boca de un locutor y oímos también los ecos de ese sonido reflejado por las paredes, el piso y el techo.

Si el eco llega a nuestro oído sólo una pequeña fracción de segundo después del sonido original, podemos oír el sonido claramente.

Esto sucede si la sala es pequeña. Pero si la habitación o la sala son grandes, el eco puede llegar algún tiempo después e interferirá con el sonido original, haciendo dificultosa una audición correcta.

Esto sucede en las catedrales cuyas paredes son de piedra y están a una gran distancia de la persona que habla.

A causa del eco, a menudo es imposible entender lo que está diciendo una persona ubicada a alguna distancia.

Otro fenómeno vinculado con el eco es la reverberación. En una habitación o sala, los sonidos se reflejan varias veces desde las superficies y se escuchan, en efecto, muchos ecos.

La serie estrechamente agrupada de ecos producida de esa manera se denomina reverberación.

Cada uno de los sucesivos ecos es mucho más suave que el anterior, pero si el sonido reverbera de la misma forma demasiado tiempo, la claridad del sonido se verá afectada.

Es posible que la mejor forma de tratar la reflexión es construir el auditorio con materiales absorbentes del sonido, para que las superficies no produzcan ningún eco.

Pero si se hace esto, el sonido tendrá una calidad muerta, sin vida. Una cierta cantidad de reverberación es necesaria para dar una calidad satisfactoria al sonido.

En la práctica el tiempo de reverberación (el tiempo después del cual el eco virtualmente desaparece) sería de 1 a 2,5 segundos.

En una habitación usada habitualmente para conversar habría menos eco y reverberación que en una sala usada para música.

Se puede tener una idea aproximada de la cantidad de eco y reverberación en una habitación, palmeteando con fuerza y escuchando cuidadosamente los ecos.

• ►DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO:

En el primer método empleado para determinar la velocidad del sonido, se utilizaba un cañón.

Un observador, colocado en una colina, medía el lapso trascurrido entre el momento en que veía el fogonazo y el momento en que escuchaba el estampido del cañonazo.

Conociendo la distancia al cañón, podía calcular la velocidad del sonido.

Este procedimiento no era muy exacto, puesto que el viento desviaba la onda .sonora, que describía, por tanto, una trayectoria curva.

Además, las variaciones de temperatura originaban refracciones que apartaban la onda sonora de la trayectoria rectilínea.

La determinación de la velocidad del sonido al aire libre era importante por razones militares.Su conocimiento permitía localizar la artillería enemiga.

Por ello, en 1864, Charles Regnault decidió hacer un cálculo más preciso.

Utilizó un equipo con un artificio eléctrico para la medida del tiempo.

El experimento se realizó en un tubo subterráneo, en las cercanías de París.

El disparo de un fusil rompía un circuito de hilo, cruzado en la boca del arma, y entonces se movía una plumilla entintada sobre un tambor registrador, situado en el extremo del tubo.

Cuando el sonido llegaba allí, vibraba un diafragma, y este movimiento también era registrado en el tambor.

Puesto que la velocidad de rotación de éste era conocida, se calculaba fácilmente la del sonido.

La velocidad del sonido se determina más correctamente usando dos reflectores parabólicos enfrentados, con una sirena de frecuencia constante en el foco de uno de ellos. También se coloca un micrófono en el foco de cada reflector, que utiliza, como resistencias de carga, parte del primario de un trasformador.

Cuando se conectan los auriculares a la otra bobina del trasformador, el sonido que se percibe en ellos aumentará o disminuirá cuando uno de los reflectores se acerque o aleje del otro. Éste esun ejemplo de interferencia en las ondas sonoras.

Cuando el sonido de los auriculares va de un mínimo a un máximo, y vuelve a un mínimo, uno de los reflectores se ha movido, exactamente, una longitud de onda.

Conociendo la frecuencia, se puede calcular la velocidad del sonido.

Éste es un método seguro, que puede aplicarse también para la determinación de la velocidad de los ultrasonidos.

MEDIDA DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AGUA

En el lago de Ginebra fue donde se midió, por primera vez, la velocidad del sonido en el agua.

Se golpeaba una gran campana bajo ésta, al mismo tiempo que encima se producía la ignición de una carga de pólvora.

Un observador, usando una trompetilla cubierta con una membrana, cuyo extremo estaba sumergido en el agua, medía el lapso trascurrido entre el momento en que se veía el fogonazo y el momento en que escuchaba la campana.

Medición de la velocidad del sonido

El experimento se hacía en una gran extensión de agua, porque la velocidad del sonido, en ella, es relativamente alta: alrededor de mil seiscientos metros por segundo.

Es importante conocer el valor exacto de la velocidad del sonido en el agua, para diseñar aparatos de sondeo.

Los métodos actuales utilizan explosiones de careas, simultáneas a una señal de radio.

La llegada del sonido se detecta mediante hidrófonos (micrófonos usados bajo el agua) y se mide el intervalo trascurrido.

Los sonidos no cesan en el agua tan rápidamente como en él aire y alcanzan distancias mucho mayores.

Por ello, es posible oír el sonido de las hélices de un barco a una distancia de 15 a 180 Km.

EL ECO: Toaos nos hemos entretenido alguna vez, en un patio amplio o entre las gargantas de una región montañosa, en escuchar el eco de nuestra voz.

El eco es producido por las ondas sonoras que, reflejadas por un obstáculo, vuelven nuevamente hasta nuestros oídos.

También en los locales corrientes las ondas son reflejadas por las paredes y retornan; pero este viaje es tan rápido que el eco se superpone a las palabras.

Si el local es lo suficientemente amplio como para que el tiempo entre la ida y el regreso de las ondas sonoras sea más largo, se comienza a advertir un pequeño eco: es lo que llamamos retumbo.

Para poder oír un eco distinguible y perspicuo, separado de los sonidos que le dieron origen, es necesario que el obstáculo se encuentre por lo menos a 17 metros; entonces las ondas sonoras, debiendo recorrer (ida y vuelta) 34 metros, retornarán a nuestros oídos 1/10 de segundo después, tiempo suficiente para oír claramente una sílaba.

El eco repite 2, 3, 4 sílabas si el obstáculo está a 2, 3, 4 veces 17 metros.

ROMPER LA BARRERA DEL SONIDO:

Todo aeroplano en vuelo es un cuerpo productor de sonido, es decir, que produce ondas sonoras.

Estas se propagan en el aire a una velocidad que oscila entre los 1.060 y los 1.224 kilómetros por hora, de acuerdo con el grado de enrarecimiento del aire en el estrato atmosférico en el cual se realiza el vuelo.

(Sabemos que la densidad del aire disminuye con la altura).

grafico romper la barrera del sonido

(1) Mientras la velocidad del aeroplano es inferior a los 1.060 kilómetros por hora (velocidad infrasónica) las ondas sonoras generadas por el motor preceden al aparato mismo, en razón de que son más veloces.

(2) Cuando el aparato alcanza los 1.060 kilómetros por hora, iguala la velocidad de las ondas sonoras.

Las ondas que él mismo produce no alcanzan a alejarse delante de él, porque el aparato tiene la misma velocidad.

El aparato se encuentra, entonces, sometido a una elevadísima suma de vibraciones, llamada "barrera del sonido", que pone a dura prueba la resistencia de la estructura del aeroplano.

(3) Una vez superada la velocidad del sonido, el aparato no se encuentra ya sometido a la terrible acumulación de vibraciones, porque las ondas sonoras por él mismo producidas van siendo dejadas atrás.

Los aviones proyectados para superar la barrera del sonido tienen formas muy aerodinámicas, detalle imprescindible para desarrollar altas velocidades, y se hallan dotados de solidísima estructura.

UN POCO DE HISTORIA...
PROGRESOS CIENTÍFICOS EN LA MEDIDA DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO

Los antiguos ya sabían que el sonido se propaga en el aire.

Aristóteles, en esto, como en otros muchos campos de la física, sostenía ideas erróneas, que los escolásticos difundieron durante toda la Edad Media.

Aristóteles creía que los sonidos de distintos tonos tienen velocidades diferentes.

Fue Gassendi quien, en 1624, hizo una determinación de la velocidad del sonido, demostrando que los agudos y los graves se propagan con igual velocidad.

Entre otras medidas, citaremos las de Mersenne (1640), Borelli y Viviani (1665), de la Academia del Cimento; de Boyle, Roemer, Picard, Cassini y Huyghens; de Walker, Halley, Derham, Flamsteed y Roberts, cuyos resultados varían entre 331 a 495 metros por segundo.

En 1738, la Academia de Ciencias ordenó, que se hiciera una determinación, que dio como resultado 333 metros por segundo; se demostró, entonces, que la velocidad es independiente de la presión y aumenta con la temperatura.

La Oficina de Longitudes, en 1822, confió a Arago, Prony, Bouvard, Gay-Lus-sac y Humboldt la realización de unas determinaciones, mediante las cuales se obtuvo el valor de 333,8 metros por segundo a 0°C.

Los holandeses Molí y van Beck determinaron 332,049 metros por segundo.

Deben recordarse también las determinaciones llevadas a cabo, en las zonas árticas, por Franklin, Parry y Forster, entre los años 1822 y 1824.

Las de Kendall en 1825, las de Bravais y Martins, en las alturas de Suiza (1844), y el interesante método desarrollado por Bosscha.

En 1705, Derham estudió la influencia del viento sobre la propagación del sonido, y Viviani estableció claramente que éste se propaga igualmente en cualquier sentido, con independencia de su tono e intensidad.

En 1772, Priestley estudió la propagación del sonido en distintos gases, estableciendo que su velocidad es proporcional a la densidad del gas.

En 1842, Doppler descubrió la influencia del movimiento de la fuente sonora, o del observador, en la percepción del sonido.

En 1812, Biot observó que un tubo de 1.000 metros de longitud propaga la voz con toda intensidad, aunque se hable en voz baja.

Con este mismo tubo metálico, de las cañerías de París, determinó la velocidad de la propagación del sonido en los sólidos.

Este punto quedaba definitivamente aclarado, en principio, con la comprobación experimental y el detallado estudio físico de las vibraciones longitudinales en los sólidos, realizados por Chladni, en 1787, y ratificados por Savart (1819).

La propagación del sonido en el agua, negada durante mucho tiempo porque no se reconocía la compresibilidad y la elasticidad de los líquidos, era admitida por Klein, Baker, Hawksbee. Guericke, Musschenbrock, Nollet (1743) y Franklin, y fue demostrada por Savart en el año 1826.

Después de ellos, Cagniard estudió la propagación del sonido en los líquidos. En una columna líquida, provocó la emisión de sonidos por su vibración y observó que la velocidad variaba de acuerdo con las distintas maneras de producir del sonido.

Seis años después, otro físico, llamado Wertheim, perfeccionó el procedimiento de Cagniard, haciendo vibrar el líquido mediante otra corriente, en lugar de hacerlo por medio de frotamiento del caño.

Ver También: El Efecto Doppler

Trabajo Enviado Por Osvaldo P. Cantonni Santa Cruz-Argentina
Fuente Consultada: El Mundo de los Porque?...

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