Cómo viaja el sonido por el aire
Medidas del sonidoCaracterísticasSímbolos Presión sonora p, SPL,LPA Velocidad de las partículas v, SVL Desplazamiento de las partículas δ Intensidad sonora I, SIL Potencia sonora P, SWL, LWA Energía sonora W Densidad de energía sonora w Exposición sonora E, SEL Impedancia acústica Z Frecuencia sonora AF Pérdida de transmisión TL
La velocidad del sonido es la distancia recorrida por unidad de tiempo por una onda sonora al propagarse por un medio elástico. A 20 °C (68 °F), la velocidad del sonido en el aire es de unos 343 metros por segundo (1.125 pies/s; 1.235 km/h; 767 mph; 667 kn), o un kilómetro en 2,9 s o una milla en 4,7 s. Depende en gran medida de la temperatura, así como del medio por el que se propaga una onda sonora. A 0 °C (32 °F), la velocidad del sonido es de unos 331 m/s (1.086 pies/s; 1.192 km/h; 740 mph; 643 kn)[1].
En el lenguaje coloquial, la velocidad del sonido se refiere a la velocidad de las ondas sonoras en el aire. Sin embargo, la velocidad del sonido varía de una sustancia a otra: normalmente, el sonido viaja más lentamente en los gases, más rápido en los líquidos y más rápido en los sólidos. Por ejemplo, mientras que el sonido viaja a 343 m/s en el aire, lo hace a 1.481 m/s en el agua (casi 4,3 veces más rápido) y a 5.120 m/s en el hierro (casi 15 veces más rápido). En un material excepcionalmente rígido como el diamante, el sonido se desplaza a 12.000 metros por segundo (39.000 pies/s),[2] unas 35 veces su velocidad en el aire y lo más rápido que puede viajar en condiciones normales.
El sonido viaja más rápido en un sólido, un líquido o un gas
Aunque el sonido se mueve a una velocidad mucho mayor en el agua que en el aire, la distancia que recorren las ondas sonoras depende principalmente de la temperatura y la presión del océano. Mientras que la presión sigue aumentando a medida que se incrementa la profundidad del océano, la temperatura del océano sólo disminuye hasta cierto punto, después de lo cual permanece relativamente estable. Estos factores tienen un curioso efecto sobre cómo (y cuán lejos) viajan las ondas sonoras.
Imagina que una ballena está nadando por el océano y llama a su manada. La ballena produce ondas sonoras que se mueven como ondas en el agua. A medida que las ondas sonoras de la ballena se desplazan por el agua, su velocidad disminuye al aumentar la profundidad (a medida que baja la temperatura), lo que hace que las ondas sonoras se refracten hacia abajo. Una vez que las ondas sonoras alcanzan el fondo de lo que se conoce como la capa de la termoclina, la velocidad del sonido alcanza su mínimo. La termoclina es una región caracterizada por un rápido cambio de temperatura y presión que se produce a diferentes profundidades en todo el mundo. Por debajo de la “capa” de la termoclina, la temperatura permanece constante, pero la presión sigue aumentando. Esto hace que la velocidad del sonido aumente y que las ondas sonoras se refracten hacia arriba.
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El sonido viaja más rápido en el agua que en el aire. La velocidad del sonido en el aire en condiciones normales es de unos 343 metros por segundo, mientras que la velocidad del sonido en el agua es de unos 1.480 metros por segundo. Fundamentalmente, el sonido estándar es una onda de compresión que viaja a través de un material. Se puede pensar en un material como una red de bolas pesadas (que representan los átomos) conectadas por muelles (que representan los enlaces entre los átomos). Al empujar algunas bolas de la red, éstas se acercan a sus vecinas de un lado y los muelles que las conectan se comprimen. Pero los muelles comprimidos rebotan y devuelven las bolas a su posición original. En el proceso, sin embargo, las bolas vecinas son empujadas, haciendo que los muelles que las conectan con sus vecinas se compriman. Este proceso se repite en forma de dominó y se obtiene una onda de compresión que viaja a través de la red de bolas. Del mismo modo, el sonido estándar no es más que una onda de compresión que viaja a través de los átomos y enlaces de un material.
Las ondas sonoras viajan más rápido en el aire caliente que en el aire frío
El sonido viaja a distintas velocidades según el medio por el que se desplace. De los tres medios (gas, líquido y sólido), las ondas sonoras son las más lentas en los gases, las más rápidas en los líquidos y las más veloces en los sólidos. La temperatura también afecta a la velocidad del sonido.
La velocidad del sonido depende de las propiedades del medio que atraviesa. Cuando observamos las propiedades de un gas, vemos que sólo cuando las moléculas chocan entre sí pueden desplazarse las condensaciones y rarefacciones de una onda sonora. Por tanto, tiene sentido que la velocidad del sonido tenga el mismo orden de magnitud que la velocidad molecular media entre colisiones. En un gas, es especialmente importante conocer la temperatura. Esto se debe a que a temperaturas más bajas, las moléculas chocan más a menudo, lo que da a la onda sonora más oportunidades de moverse rápidamente. A la temperatura de congelación (0º C), el sonido viaja por el aire a 331 metros por segundo (unos 740 mph). Pero a 20ºC, la temperatura ambiente, el sonido viaja a 343 metros por segundo (767 mph).