lunes, 4 de noviembre de 2013

¿En qué medio se propaga mejor el sonido?


En contra de lo que mucha gente cree, el aire es uno de los medios en los que al sonido más le cuesta transmitirse. Para explicar el por qué, conviene entender primero el modo de propagación de las ondas sonoras.

Propagación de las ondas

Cuando una fuente sonora emite un sonido, como por ejemplo cuando hablamos o cuando suena un altavoz, las moléculas de aire más próximas a dicha fuente, que están inicialmente en reposo, se mueven hacia adelante y hacia atrás sobre su posición inicial (también llamada de equilibrio) hasta que la fuente sonora cesa y las moléculas pierden toda la energía, volviendo a su posición de equilibrio.



El movimiento de una molécula de aire provoca un efecto similar en la molécula siguiente, que también comienza a moverse de la misma manera sobre su posición de equilibrio. Ésa otra, al moverse, provoca que la siguiente a ella también se mueva. Y así sucesivamente, consiguiendo que, de este modo, el sonido se transmita.

En este caso, el movimiento de las moléculas de aire es longitudinal, es decir, en la misma dirección que la fuerza que las empuja. Ésta es la forma en la que se transmite el sonido, de ahí que las ondas sonoras se consideren ondas longitudinales



Cuando el movimiento de las moléculas tiene lugar en dirección perpendicular al de la propagación se dice que se trata de ondas transversales. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, con la propagación de las olas del mar o de la luz (ondas lumínicas).


Ejercicio con muelle helicoidal

La forma de propagarse las ondas longitudinales y transversales se puede comprender visualmente con el típico muelle helicoidal, con uno de sus extremos fijos.

  • Empujando en la dirección del eje principal del muelle se simula el desplazamiento de las ondas longitudinales.  
  • Por otro lado, si el desplazamiento se hace en dirección perpendicular al eje principal del muelle, lo que se obtiene es la forma de propagación de las ondas transversales.

Velocidad de propagación del sonido


Llegados a este punto retomamos aquí la pregunta que da título a este post. La propagación del sonido y la velocidad con que lo haga será diferente según las condiciones atmosféricas (temperatura, presión, etc.) y del medio de propagación (aire, agua, etc.).

Como ya hemos comentado, el sonido se propaga en forma de ondas longitudinales. Esto quiere decir que la transmisión de sonido va a depender directamente de la concentración de moléculas que haya en el medio, por las que se irá transmitiendo sucesivamente el movimiento de unas moléculas a otras.

En el aire, las moléculas están ciertamente dispersas entre ellas. Esto quiere decir que una molécula tarda más en (o le cuesta más) trasmitir su movimiento a la molécula siguiente. La velocidad de propagación del sonido en el aire es, en condiciones atmosféricas estándar, de aproximadamente 340 m/s.

En el agua, la concentración de moléculas es mayor, por lo que están más juntas las unas de las otras. De este modo, la transmisión del movimiento de una molécula a la siguiente en el agua se llevará a cabo con mayor facilidad y, por lo tanto, con mayor rapidez. Esto confiere al agua una velocidad de propagación del sonido de aproximadamente 1.500 m/s, más de 4 veces superior a la del aire.

En la siguiente tabla se detallan las velocidades de propagación del sonido en diferentes medios.
 

Es interesante comprobar que la velocidad del sonido en el vacío es de 0 m/s. Esto quiere decir que en dicho medio no es posible la propagación de sonido, al carecer de todo tipo de moléculas que puedan transmitir su movimiento de unas a otras.


 
 

Dos astronautas en el espacio 
serían incapaces de comunicarse entre sí 
(...sin intercomunicadores electrónicos, se sobreentiende) 
por mucho que gritaran 
y aunque sólo les separase 1 cm de distancia.

 





En el siguiente video se muestra un experimento muy interesante. En él, se introduce un timbre sonando ininterrumpidamente en un recipiente transparente. El recipiente se cierra a presión y, con una bomba, se procede a extraer el aire del mismo.


A medida que se va extrayendo el aire, la concentración de moléculas disminuye, por lo que, al resultar cada vez más difícil la propagación del movimiento de unas moléculas a otras, el sonido se va apagando. Cuando ya no hay el aire en el recipiente, y a pesar de que se observa claramente que el timbre sigue funcionando, el sonido cesa.

1 comentario: