Acústica
El sonido es algo que forma parte de nuestra vida diaria, pero pocas veces nos detenemos a pensar cómo se produce y cómo viaja. La acústica es la rama de la física que estudia las ondas sonoras y sus propiedades. En este trabajo voy a explicar cómo se genera el sonido, cómo se calcula su velocidad y qué fenómenos importantes están relacionados con él.
🔊 ¿Qué es el sonido?
El sonido es una onda mecánica que se genera cuando un objeto vibra y esa vibración se trasmite a través de un medio material como el aire, agua o los sólidos. Se considera una onda longitudinal porque las partículas del medio se mueven en la misma dirección en la que viaja la onda, además el sonido no puede propagarse en el vacío y el oído humano normalmente lo percibe en un rango que va aproximadamente desde los 20Hz hasta los 20000Hz.
¿Cómo se genera el sonido?
El sonido se produce cuando un objeto vibra. Esa vibración hace que las partículas del medio (como el aire) también vibren, y así se forman las ondas sonoras.
Las ondas sonoras son:
-
Ondas longitudinales
-
Necesitan un medio material para propagarse
-
No pueden viajar en el vacío
El oído humano puede percibir sonidos entre:
20 Hz y 20000 HZ- Menores a 20 Hz → Infrasonidos
- Mayores a 20000 Hz → Ultrasonidos
Para calcular una onda:
🚀 Velocidad del sonido
- En líquidos
Donde:
-
β = módulo de compresibilidad
-
δ = densidad del líquido
- En sólidos
Donde:
-
Y = módulo de Young
-
δ = densidad del sólido
- En gases
Donde:
-
γ = constante adiabática
-
R = constante de los gases
-
T = temperatura
-
M = masa molecular
Teniendo en cuenta el coeficiente diabático puede variar entre dos valores y el elemento
1,6-monoatómico
- Argón(Ar) - 40 g/mol
- Neón(Ne) - 20 g/mol
- Helio(He) - 4 g/mol
1,4 - diatómico
- Hidrogeno(H) - 1 g/mol
- Oxígeno(O) - 16 g/mol
- Nitrógeno(N) - 14 g/mol
En el aire (ideal) se toma que la velocidad de:
v = 340 m/s
T = 15°C
Si no nos dan un medio pero si la temperatura lo calculamos con está fórmula:
Esto significa que mientras mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad del sonido.
Propiedades del sonido
La acústica también estudia distintos fenómenos importantes:
- Reflexión (Eco): Cuando el sonido choca contra una superficie lisa, se refleja, a esta reflexión se lo llama ECO. Si las reflexiones son múltiples, se produce la reverberación.
- Refracción: Ocurre cuando el sonido cambia de dirección porque viaja por medios con distintas temperaturas o densidades
- Intensidad, potencia y NI sonora: Es la energía transmitida por unidad de tiempo y área, se mide en decibeles y su fórmula es
- Efecto Doppler: Sucede cuando hay movimiento entre la fuente sonora y el observador
Este fenómeno explica por qué una ambulancia suena más aguda cuando se acerca y más grave cuando se aleja.
Si se acercan:
La frecuencia aumenta.
Si se alejan:
La frecuencia disminuye.
Cuando el observador se acerca:
Frente a frente:
fo = f
Cuando el observador se aleja:
Numero se match
Cantidad de nos indica que tan rápido se mueve el objeto en comparación con la velocidad del sonido en el mismo medio con la siguiente fórmula:
Clasificación segun el número de match:
Subsónico: 0<M<1
El objeto viaja más lento que el sonido.-
Sónico: M=1
El objeto viaja exactamente a la velocidad del sonido. -
Transónico: 1<M<1.2
Es la zona cercana a la velocidad del sonido. -
Supersónico: 1<M<5
El objeto supera la velocidad del sonido.
-
Hipersónico: M>5
Velocidades extremadamente altas.