¿Qué propiedades intervienen en la rapidez de propagación del Sonido?

¡Hola querida comunidad de Hive! reciban todos un cordial saludo, el día de hoy daremos continuidad al tema sobre el sonido, estaremos hablando sobre el timbre y la rapidez del sonido.

El odio humano es capaz de distinguir sonidos de distintas fuentes, aun cuando dichos sonidos tengan la misma frecuencia fundamental y la misma intensidad. Salvo las ondas de sonidos generadas por un diapasón, que se acercan bastante a ondas sinusoidales puras, la mayoría de los instrumentos musicales y otras fuentes de sonido emiten señales complejas. En la imagen que se presenta a continuación podemos ver algunas formas de ondas, correspondientes a varios instrumentos musicales. Estas formas de ondas son discriminadas por el oído para identificar el instrumento musical. En realidad, el oído “aprecia” la cantidad de armónicos que componen a la compleja onda de sonido, para distinguir un instrumento de otro. Esta característica de la fuente de sonido, que permite identificarla, se conoce como timbre o calidad de sonido.

La rapidez de propagación del sonido depende, básicamente, de dos propiedades del medio: la densidad y la elasticidad. La densidad es una propiedad inercial, que mide la cantidad de masa en un volumen determinado. A mayor masa en un cierto volumen, mayor restricción habrá para modificar su estado de reposo o de movimiento y menor será la capacidad para transmitir el sonido. Por ejemplo, el sonido en el gas de Helio se propaga con una rapidez 3 veces mayor que en el aire, debido a la menor densidad del Helio respecto al aire.

La elasticidad es la habilidad de un material para cambiar su forma, cuando se le aplica una fuerza y volver a su forma original, una vez que cesa la acción de la fuerza. El acero es un material elástico, mientras que la plastilina es un material inelástico. El sonido tiene una rapidez mayor en materiales elásticos en comparación con materiales inelásticos. Debido a la proximidad de los átomos en los materiales elásticos, la energía dentro de los mismos se transmite rápidamente y con pocas pérdidas.

La elasticidad del medio tiene mayor influencia en la rapidez del sonido que la densidad y se cumple:

Es decir, la rapidez del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y que en los gases. La rapidez del sonido en el aire depende tanto de la presión como de la temperatura. La presión del aire afecta la densidad del mismo y, por tanto, su inercia. La temperatura incide sobre las interacciones entre las partículas del medio, haciendo variar su elasticidad. A presión atmosférica normal (760 mm de mercurio), la rapidez de la onda de sonido, en función de la temperatura, está dada por:

Donde Tc es la temperatura en grados Celcius y el valor 331 corresponde a la rapidez de la onda de sonido a 0º. Por ejemplo, a 20 ºC la rapidez del sonido es:

En la tabla que se presenta a continuación podemos observar la rapidez del sonido en diferentes medios de propagación.

La rapidez del sonido es muy alta, si se compara con las actividades cotidianas del hombre que tienen que ver con movimiento. La máxima rapidez alcanzada por el hombre está cercana a 11 m/s y un vehículo a 100 Km/h recorre aproximadamente 28 m en 1 segundo. El sonido en el aire recorre ¡343 m en 1 segundo! Esta rapidez, sin embargo, resulta extremadamente pequeña si se le compara con la rapidez de 300.000.000 m/s de la luz. Por esta razón, primero vemos la luz del relámpago y, luego, escuchamos su sonido característico un tiempo más tarde.

Al igual que cualquier onda, el sonido tiene una rapidez que se relaciona, matemáticamente, con la frecuencia y la longitud de onda, de acuerdo a la ecuación:

En esta relación tenemos que λ es la longitud de la onda y f es la frecuencia.

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