Velocidad del sonido en diferentes materiales
El sonido viaja en forma de ondas mecánicas. Una onda mecánica es una perturbación que se mueve y transporta energía de un lugar a otro a través de un medio. En el sonido, la perturbación es un objeto que vibra. Y el medio puede ser cualquier serie de partículas interconectadas e interactivas. Esto significa que el sonido puede viajar a través de gases, líquidos y sólidos.
Veamos un ejemplo. Imaginemos una campana de iglesia. Cuando una campana suena, vibra, lo que significa que la propia campana se flexiona hacia dentro y hacia fuera muy rápidamente. Cuando la campana se mueve hacia fuera, empuja contra las partículas de aire. Esas partículas de aire empujan contra otras partículas de aire adyacentes, y así sucesivamente. Cuando la campana se flexiona hacia dentro, tira de las partículas de aire adyacentes y éstas, a su vez, tiran de otras partículas de aire. Este patrón de empuje y tracción es una onda sonora. La campana vibrante es la perturbación original, y las partículas de aire son el medio.
El sonido no se limita a moverse por el aire. Presiona tu oído contra una superficie sólida, como una mesa, y cierra los ojos. Dile a otra persona que golpee con su dedo el otro extremo de la mesa. El golpeteo se convierte en la perturbación inicial. Cada golpecito envía vibraciones a través de la mesa. Las partículas de la mesa chocan entre sí y se convierten en el medio del sonido. Las partículas de la mesa chocan con las partículas de aire entre la mesa y tu tímpano. Cuando una onda se desplaza así de un medio a otro, se llama transmisión.
Qué es el sonido
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).
Velocidad del sonido en los materiales
Las ondas sonoras tienen que viajar a través de un medio como los sólidos, los líquidos y los gases. Las ondas sonoras se desplazan por cada uno de estos medios haciendo vibrar las moléculas de la materia. Las moléculas de los sólidos están muy empaquetadas. Las de los líquidos no están tan apretadas. Y las de los gases están muy poco empaquetadas. Esto permite que el sonido viaje mucho más rápido a través de un sólido que de un gas. El sonido viaja cuatro veces más rápido y más lejos en el agua que en el aire. Por eso las ballenas pueden comunicarse a grandes distancias en los océanos. Las ondas sonoras viajan unas trece veces más rápido en la madera que en el aire. También viajan más rápido en los días más calurosos, ya que las moléculas chocan entre sí con más frecuencia que cuando hace frío.
Pregunta a los alumnos si el sonido viaja mejor en los sólidos, en los líquidos o en los gases. Pídeles que comenten ejemplos de ocasiones en las que hayan escuchado cosas a través de los distintos medios. (Pida a los alumnos que demuestren los tres estados diferentes de la materia y cómo pasaría una vibración a través de ellos. Divida a los alumnos en tres grupos y modifique rápidamente la vibración que atraviesa los diferentes estados de la materia. El (grupo de los gases: los estudiantes se colocan muy separados, es difícil que pasen meneándose o empujándose; grupo de los líquidos: están muy juntos pero no muy apretados, la información se transmite mejor, sólidos: los estudiantes están muy apretados y la vibración pasa fácilmente a través de todas las moléculas)
Sonido del tono
Descubre cómo viaja el sonido desde su origen hasta el lugar donde se escucha. Explora las propiedades de las ondas sonoras y cómo se mueven a través de la materia, haciendo vibrar las moléculas. Por último, investiga cómo se mueven las ondas sonoras en el aire, los líquidos y los sólidos.
Las asombrosas habilidades del sonidoImagina que sostienes una banda elástica apretada entre los dedos. ¿Qué pasaría si alguien pinchara la goma? Sentirías las vibraciones de la banda elástica en tu mano al mismo tiempo que se produce el sonido del punteo. Al igual que cuando estás al lado de un gran altavoz, las vibraciones del sonido se pueden sentir. ¡Incluso pueden mover cosas! Entonces, ¿qué es el sonido? Bueno, si aún no lo has adivinado, es una vibración. Las vibraciones del sonido se desplazan en forma de onda, y a estas vibraciones las llamamos ondas sonoras. Las ondas sonoras se mueven haciendo vibrar los objetos y éstos hacen vibrar a otros objetos circundantes, arrastrando el sonido. Cuanto más te alejas de la fuente original de un sonido, las ondas disminuyen hasta que no tienen fuerza para hacer vibrar ninguna otra partícula. Es como cuando tiras una piedra a un estanque y ésta hace ondas que hacen más ondas hasta que se extingue lentamente. El sonido puede moverse por el aire, el agua o los sólidos, siempre que haya partículas en las que rebotar. Sin embargo, si no hay partículas en las que rebotar, no puede moverse. No hay sonido en el vacío del espacio, porque no hay nada que haga vibrar el sonido.