velocidad del sonido

Velocidad del sonido ¿Cómo se calcula?

La audición es fundamental para captar el sonido que producen las vibraciones provocadas por un cuerpo.

Hemos escuchado que el sonido tiene una velocidad, pero ¿es realmente cierto esto? 

También hemos notado como los ciegos, algunas veces, son capaces de realizar acciones que nos dejan realmente con la incógnita sobre si tienen dicha deficiencia o no, por la fluidez con la que realizan las cosas. ¿Por qué?

Conozcamos más sobre el sonido, y descubramos el porqué de muchas de nuestras preguntas relacionada a uno de nuestros cincos sentidos.

El sonido

Son ondas mecánicas producidas por las vibraciones de un cuerpo. El sonido se caracteriza por la intensidad, la altura y el timbre.

  • La intensidad del sonido aumenta cuando lo hace la magnitud de las vibraciones
  • La altura da origen a la clasificación en graves y agudos (altos y bajos).
  • El timbre nos permite distinguir entre dos sonidos de igual intensidad y altura. Dos instrumentos pueden utilizar la misma intensidad y altura, pero cada uno viene acompañado de otras frecuencias correspondientes (armónicos) a la principal,  dando así un timbre característico a ambos.

Velocidad del sonido

Como sabemos, la velocidad del sonido es el equivalente a la rapidez con la que el sonido viaja a través de la materia (puede ser sólida, líquida o gaseosa). Esta no puede expandirse en el vacío. También debemos tomar en cuenta que la velocidad de propagación del sonido depende de la densidad y elasticidad del medio en el cual se esparce; es independiente de la frecuencia y la intensidad, según la fórmula de Newton: v=Ed

Donde E es la elasticidad, y d la densidad.

Como la densidad está ligada a la temperatura, y la velocidad del sonido varía con la densidad del medio de propagación, la temperatura también es un factor importante. Si en el aire aumenta la temperatura, aumenta la velocidad del sonido.

  • Comparemos la velocidad de la luz con la del sonido

El sonido viaja a una velocidad diferente a la de la luz. Cuando se observa una tormenta, siempre aparece primero el relámpago (luz) que el trueno (sonido).

La velocidad de la luz se calcula en 299.792.458 m/s

Y la del sonido casi 330 m/s

Cálculo de la velocidad del sonido

Las experiencias más exactas realizadas dan como valor aproximado de la velocidad 330,7 m/s, en el aire, con 0 ℃ de temperatura. Bajo el agua, y a 8 ℃ se obtuvo 1435 m/s.  

La cápsula manométrica de König nos permite hacer cálculos de la velocidad y frecuencia del sonido. Está dividida por una membrana elástica, y tiene un pico al cual llega una débil corriente de gas, que alimenta la llama de longitud invariable, mientras no actúen factores que modifiquen la marcha del gas.

Haciendo llegar una onda sonora a la cápsula, la membrana vibrará por la variación de presión, provocando alteraciones en la presión del gas en la otra parte. Esto se puede ver en la longitud de la llama, situación que se observa mediante el empleo de un espejo giratorio.

Datos interesantes

  • El término barrera del sonido, hace referencia a que en un principio se creía que un avión, no podría superar esta resistencia, sin importar cuando aumentaran la potencia de sus motores. Pero el 14 de octubre de 1947, se logró alcanzar una velocidad superior a Match 1, en un Bell X-1. Aunque el alemán Hans Guido Mutke, afirmó haber superado esta barrera el 9 de abril de 1945. 
  • Para superar la hazaña de ir por encima de la velocidad del sonido, murieron, según cifras oficiales, 18 pilotos.
  • Match, o como debería llamarse: número Mach, es la forma de expresar la velocidad a la que se mueve un objeto con respecto a la velocidad del sonido.
    Match 1 es igual a la velocidad del sonido, mientras que Match 3 es tres veces la velocidad del sonido. Alrededor de 390 m/s o más de 3.690 Km/h, estas velocidades son supersónicas.
  • La Singularidad de Prandtl-Glauert, es un punto donde ocurre una caída absoluta de la presión del aire. Y es visible cuando el ambiente es lo suficientemente húmedo y un objeto supera la velocidad del sonido, produciendo una gran nube de vapor de agua condensado, que es dejado atrás mientras avanza.
  • Felix Baumgartner, fue el primer hombre en romper la barrera del sonido en caída libre, y sin ayuda de alguna maquinaria, este hecho ocurrió el 14 de octubre de 2012. Cuando desde una altura de casi 39.100 metros, alcanzó una velocidad por encima de 1340 km/h.

Efecto Doppler

Si prestamos atención a los sonidos que escuchamos, podemos notar que existen diferencias entre las ondas sonoras provenientes de la misma fuente. Esto ocurre cuando nos movemos con respecto a ella, o cuando ella se mueve con respecto a nosotros; pero, ¿por qué? Se debe a que las frecuencias dependen de la velocidad relativa de ambos.

Al acercarse la fuente, podemos percibir un sonido más agudo, y cuando se aleja, se vuelve más grave.

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