¿Qué produce el sonido?
El sonido lo producen los cuerpos en vibración. Por ejemplo, coloque sus dedos en la garganta mientras habla o mire las cuerdas de una guitarra cuando la están tocando. Cuando usted habla, siente un movimiento en la garganta; cuando se pulsan las cuerdas de una guitarra, éstas se mueven de un lado a otro rápidamente. Estos movimientos, llamados vibraciones, producen el sonido.
El sonido es una onda mecánica. Esto quiere decir que necesita un medio material para propagarse. Por lo tanto, se propaga en medios sólidos, líquidos o gaseosos, pero NO en el vacío. El estudio del sonido se denomina acústica. Pitágoras fue el primero en abordar este campo de manera científica.
Propagación del sonido en el aire
El aire está hecho de pequeñas partículas (átomos y moléculas), las cuales pueden vibrar. Cuando un cuerpo vibra, lo hace alrededor de una posición de equilibrio. Al alejarse de dicha posición, empuja las partículas de aire que están cerca. Cómo resultado, las partículas se agrupan generando un área de compresión. De toro lado, al volver a la posición de equilibrio, deja un área con menos partículas de aire. Esta área, es el área de rarefacción.
Del mismo modo, las partículas de aire, pasan sus vibraciones a otras partículas de aire, generando nuevas áreas de compresión y rarefacción. Por medio de estos movimientos, el sonido transita desde la fuente vibrante al receptor.
En conclusión, la serie de compresiones y rarefacciones forman las ondas que transmiten la energía de sonido a través de un medio.
Un resorte en forma de espiral es una imagen que sirve para visualizar el movimiento de una onda. Imagínese usted estirando ese resorte horizontalmente. Luego suponga que hala varias espirales del mismo resorte estirado, produciendo una compresión de éstas; cuando usted suelta el resorte, una agitación o pulso se produce a lo largo del resorte; aunque cada espiral no se mueve mucho, la energía de la agitación se mueve a lo largo de todo el resorte. Esta agitación en el resorte hace que algunas espirales estén más separadas que aquellas en donde está la agitación; por lo tanto, cada agitación va seguida de una rarefacción, tal como lo muestra la figura 1.
Propiedades del sonido
El sonido tiene tres propiedades: Tono, intensidad y timbre.
Tono y frecuencia
Los sonidos pueden ser «altos» o «bajos». El tono es qué tan alto (agudo) o bajo (grave) es un sonido. Se determina por la rapidez con que vibre la fuente del sonido. La cuerda de una guitarra que vibre lentamente produce menos ondas por segundo y un tono más bajo que el de la cuerda que vibra más rápido.
En otras palabras, el tono depende de la frecuencia, que es el número de ondas producidas por segundo. La frecuencia se mide calculando el número de ondas que pasan en un segundo por un punto específico ubicado a cierta distancia del lugar de origen del sonido. Este número de ondas se expresa en Hertz. Un Hertz equivale a una onda por segundo. Si un sonido es de tono bajo pasarán menos ondas por el punto específico por segundo, que si este es de tono alto.
La frecuencia está relacionada con la longitud de una onda de sonido. Fíjese en los puntos x y y de cada conjunto de ondas que aparecen en la figura 2. La distancia que hay entre esos dos puntos se denomina longitud de onda. Como puede observar, las ondas de los sonidos bajos (a) tienen mayor longitud que las de los sonidos altos (b). El rango de frecuencias que puede captar el oído humano, está entre 20 y 20000 Hertz. Ondas sonoras con menos de 20 Hertz, se denominan infrasonidos y con más de 20000 Hertz son ultrasonidos.
La intensidad, la amplitud y el volumen
Al aumentar la frecuencia de las ondas de sonoras aumenta el tono, pero esto no afecta el hecho que un sonido sea fuerte o suave.
El volumen del sonido está relacionado con la cantidad de energía que hay en una onda sonora. Se puede efectuar una evaluación simple de energía en una onda sonora de la siguiente manera: doble en forma de V un pedazo de papel y colóquelo sobre una cuerda de la guitarra o el piano; cuando usted pulsa suavemente la cuerda, el papel vibra sólo un poco, cuando la pulsa con más fuerza el papel vibra mucho más. La figura 3, muestra ondas sonoras de la misma frecuencia, la primera de las cuales es de un sonido fuerte y, la segunda es de uno suave. La diferencia que hay entre las dos figuras es la amplitud o intensidad de las ondas, los sonidos fuertes tienen mayor amplitud que los suaves.
El volumen de un sonido se mide en decibeles. Un silbido muy suave registra de 10 a 15 decibeles y una música muy fuerte puede registrar cerca de 100 decibeles. Ruidos muy fuertes pueden ocasionar la pérdida de audición.
El timbre
El timbre depende de la forma de la onda sonora, nos permite diferenciar entre sonidos emitidos por dos focos diferentes, por ejemplo, un violín y un piano, aunque estos tengan la misma intensidad y, el mismo tono.
La velocidad del sonido
La velocidad del sonido en el aire es aproximadamente de 340 metros por segundo, con una temperatura de 10°C. Sin embargo, la velocidad del sonido depende del medio a través del cual viajan las ondas sonoras y la temperatura del mismo.
El sonido viaja más rápido a través de medios más densos, que a través del aire y viaja más rápido a temperaturas cálidas que frías. Por ejemplo, el sonido viaja a 331 metros por segundo en el aire a 0oC y viaja a 343 metros por segundo en el aire a 20°C. En el agua del mar a 25°C, el sonido viaja a 1531 m/s, a través de la madera a 3850 m/s y a través del hierro es de 5130m/s.
Reflexión del sonido
Otra característica de las ondas sonoras es que rebotan en superficies duras y lisas. En algunas superficies las ondas rebotan de tal manera que el sonido reflectado es casi igual al original, aunque hay un lapso de tiempo entre el sonido original y el reflectado. Este fenómeno se conoce con el nombre de eco. Los murciélagos utilizan ecos para ubicar comida. Ellos envían ondas sonoras de alta frecuencia que rebotan en insectos y otros objetos y que son reflectados hacia sus oídos.
Los científicos e ingenieros están interesados en conocer cómo las ondas sonoras se reflectan. Primero, porque la reflexión de los sonidos afecta la capacidad de escucha en las personas cuando están en lugares como un teatro o un salón de clases. Segundo, porque permite la generación de aplicaciones como el sonar, que permite escanear el fondo marino, por ejemplo, para mapearlo. La ecografía es una aplicación médica de este mismo fenómeno.
Taller de lectura
- ¿Qué produce el sonido?
- ¿Qué quiere decir que el sonido es una onda mecánica?
- Escriba la definición de acústica.
- Escriba definiciones para área de compresión y área de rarefacción.
- ¿Qué es frecuencia?
- ¿A qué es igual un Hertz?
- ¿Cuál es el rango de frecuencias que puede captar el oído humano?
- Defina infrasonido y ultrasonido.
- ¿Con qué está relacionado el volumen del sonido?
- ¿Cómo se relaciona la intensidad o amplitud de una onda con el volumen del sonido?
- ¿Cómo se mide el volumen del sonido?
- ¿De qué depende el timbre de una onda sonora?
- ¿Qué influencia tiene la densidad del medio y la temperatura en la velocidad del sonido?
- ¿En qué consiste el eco?
- Nombre dos aplicaciones de la reflexión del sonido.