Sonido
¡Arfi el perro ladra!
Su ladrido hace que el aire esté entre compresión y rarefacción (dilatación):
Las moléculas de aire rebotan un poco hacia adelante y hacia atrás, pero en realidad no viajan a ninguna parte.
A ese tipo de onda la llamamos longitudinal, y se ve así:
Pero
se
suele mostrar el sonido como ondas
"arriba-abajo"
solo porque es más fácil
mostrarlo de esa manera.
Espectro de audio
Una vibración de baja frecuencia tiene un tono bajo y produce un sonido profundo, como un gruñido.
Una frecuencia alta tiene un tono alto, como un silbato.
La frecuencia del sonido a menudo se mide en "Hertz" (Hz), que es la cantidad de vibraciones por segundo.
Ejemplo: 50 Hertz significa 50 veces por segundo
Los humanos pueden escuchar sonidos entre aproximadamente 20 Hz y 20,000 Hz (¡dependiendo de la persona!).
Puedes probarlo tú mismo:
Por debajo de 20 Hz se llama infrasonido ("infra" significa abajo), y por encima de 20,000 Hz es ultrasonido ("ultra" significa más allá).
Somos más sensibles a los sonidos entre 1000 y 4000 Hz:
Una
típica curva de sensibilidad auditiva
(dB explicados a continuación)
A medida que envejecemos, somos menos sensibles a los sonidos de alta frecuencia (un límite de alrededor de 12,000 Hz es normal para un adulto).
Intensidad de sonido
La intensidad del sonido es la cantidad de potencia por unidad de área.
Normalmente se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2)(Nota: 1 W/m2 es muy fuerte, como una motosierra de cerca).
Sonoridad y decibelios
La sonoridad es lo poderoso que nos parece un sonido.
Para
que un sonido parezca dos veces más fuerte, se
necesita aproximadamente diez veces más intensidad.
Ejemplo: pones 1 vatio de potencia a un altavoz.
Tu amigo dice "¡quiero que se escuche el doble de fuerte, por favor!"
Necesitarás usar unos 10 vatios para que estén de acuerdo en que ahora suena el doble de fuerte.
Entonces usamos decibelios (dB) para medir el volumen:
- +10 dB significa 10 veces la intensidad
- +20 dB significa 100 veces la intensidad
- +30 dB significa 1000 veces la intensidad
- etc.
La escala de sonido comienza en 0 dB, el sonido más silencioso que los humanos pueden escuchar, y aumenta desde allí:
| decibeles (dB) |
Intensidad (W/m2) |
|||
|---|---|---|---|---|
| 0 | El sonido más silencioso que los humanos pueden escuchar | 10-12 | ||
| 10 | Caída de un alfiler | 10-11 | ||
| 20 | Movimiento de hojas de los
árboles |
10-10 | ||
| 30 | Susurro | 10-9 | ||
| 40 | Biblioteca | 10-8 | ||
| 50 | Conversación tranquila | 10-7 | ||
| 60 | Restaurante | 10-6 | ||
| 70 | TV normal | 10-5 | ||
| 80 | Camión | 10-4 | ||
| 90 | Motor de la podadora | 10-3 | ||
| 100 | Motocicleta | 0.01 | ||
| 110 | Concierto de rock | 0.1 | ||
| 120 | Sierra de cadena | 1 | ||
| 130 | Doloroso | 10 | ||
| 140 | Despegue de avión, peligroso para los oídos | 100 | ||
| 150 | Causa sordera | 1000 | ||
| 194 | El sonido más fuerte posible, puede matar |
A 194 dB, las ondas sonoras se convierten en ondas de choque (como el estallido de una explosión).
Cuadrado inverso
 |
Cuadrado inverso:
cuando un valor disminuye respecto al cuadrado del otro |
Ejemplo: sonido y distancia
Cuanto más lejos estamos de un sonido, menos intenso es.
La potencia por metro cuadrado disminuye respecto al cuadrado de la distancia.
Porque:
- la energía dos veces más lejana se distribuye en 4 veces el área
- la energía 3 veces más lejana se distribuye en 9 veces el área
- etc.
Velocidad del sonido
El sonido viaja más lento en los gases (como el aire), más rápido en los líquidos (como el agua) y aún más rápido en los sólidos.
| Medio | Rapidez | |
|---|---|---|
| En el aire a 20°C | 343 m/s | |
| En el aire a 35°C | 352 m/s | |
| En el agua a 20°C | 1482 m/s | |
| Vidrio | 4540 m/s | |
| Latón | 4700 m/s | |
| Acero | 5790 m/s | |
| ¡Increíble! ¡El sonido viaja unas 17 veces más rápido en acero que en aire! |
||
¿Qué tan lejos está ese rayo?
La próxima vez que haya una tormenta eléctrica observa los relámpagos y comienza a contar los segundos.
La luz te llega casi de inmediato (a unos 300,000 km/s), pero el sonido tarda más.
343 m/s es aproximadamente 3 segundos por km, o 5 segundos por milla.
| Cuenta | Distancia aprox. |
|
|---|---|---|
| 1 seg | 340 m | |
| 2 seg | 700 m | |
| 3 seg | 1 km | |
| 6 seg | 2 km | |
| 9 seg | 3 km | |
| etc... |
Entonces, si cuentas 15 segundos hasta que escuchas un trueno, el rayo cayó aproximadamente a 5 km (3 millas) de distancia.
Eco
Un eco es un reflejo, generalmente del sonido de una superficie dura.
El
sonido rebota en la pared (ángulo hacia adentro es igual al que va
hacia afuera).
Oirás el eco del aplauso algún tiempo después de escucharlo de tus
manos.
Sonar y Ultrasonido
Sonar (del inglés SOund Navigation And Ranging) es una manera de escuchar el eco de las ondas sonoras (por lo general bajo el agua) para localizar objetos:
Sonar enviado ... se refleja en peces lindos ... sonido recibido.
Un sonar (con ayuda de la computadora) puede trazar un mapa del
fondo del mar e incluso encontrar naufragios.
Los murciélagos usan un método similar (llamado "ecolocalización"). Envían chirridos de ultrasonido (20 kHz a 120 kHz) para encontrar su camino por la noche, encontrar insectos para comer e incluso evitar golpear cables pequeños.
Un ultrasonido se puede utilizar para obtener imágenes del interior
de nuestro cuerpo.
Doppler
El Efecto Doppler ocurre cuando la
fuente de una onda se mueve en relación a nosotros:
- A medida que se acerca la fuente, las ondas llegan a una frecuencia más alta.
- A medida que la fuente se aleja, las ondas tienen una frecuencia más baja.
 |
Acercándose: mayor frecuencia | |
| Alejándose: frecuencia más baja |  |
|
Esto se aplica a todas las olas, incluidas las de la luz e incluso las del mar:
- En el mar, un barco puede viajar en la misma dirección que las olas para hacer que el movimiento hacia arriba y hacia abajo sea más lento.
- La luz de las estrellas que se alejan están "desplazamiento hacia el rojo" (una frecuencia de luz más baja) y las que se mueven hacia nosotros están "desplazadas hacia el azul"
¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).
