Si seguimos observando nuestro entorno, rápidamente notaríamos que esta acción (la de poder observar a nuestro alrededor) es posible debido a los rayos luminosos que llegan a nuestras retinas a través de nuestros sistemas ópticos naturales (ojos) desde cualquier fuente emisora de luz ubicada en determinados espacios-tiempos, en donde, se desarrolla nuestra existencia, por lo tanto, acompañando al fenómeno del movimiento tenemos que decir que se encuentra el también esencial fenómeno de la luz, y este último requiere de movilidad para desarrollarse.
Dos vitales fenómenos para la existencia de cualquier especie inmersa en el universo, dichos fenómenos (Movimiento y Luz) ayudan al desarrollo de otros, en donde, encontramos al fenómeno del sonido, este tipo de fenómeno nos permite captar vía auditiva cada señal emitida desde cualquier espacio de nuestro alrededor, así como la luz nos permite observar las imágenes presentes en el exterior de nosotros, el sonido nos permite escuchar el lenguaje sonoro de nuestra naturaleza o de las partículas componentes de cuerpos u objetos (artificiales) que puedan emitirlo.
Los fenómenos antes descritos nos han permitido además de nuestra existencia, nos han brindado la posibilidad de ir aprendiendo de cada uno de ellos a través de la poderosa herramienta diseñada por el hombre como lo es la ciencia, y como sabemos en este amplio campo de conocimientos nos encontramos a la física y a las matemáticas, en esta oportunidad a la acústica y a la geometría, por lo tanto, la acústica geométrica.
La acústica es considerada como la ciencia del sonido como fenómeno físico en toda su expansión, y la misma posee un enorme carácter multidisciplinario ya que sus interpretaciones se trasladan hacia cualquier área del conocimiento humano, de forma general podemos decir, que dicha ciencia se encarga del análisis de la generación, propagación como recepción de las ondas sonoras que se desarrollan en cualquier tipo de medios y que además al expandirse por un determinado medio elástico va desarrollando otros fenómenos como el de la reflexión, absorción, refracción, difracción, entre otros, a continuación observaran algunos ejemplos del fenómeno del sonido a través de imágenes gifs.
Para que el fenómeno del sonido se origine o genere debe existir algún tipo de vibración de determinadas partículas componentes de cuerpos u objetos, y dicha acción hace que se produzcan ondas sonoras las cuales viajaran o propagaran por un medio elástico como lo es el aire que nos circunda, hasta llegar a nuestros sistemas auditivos (oídos) y los mismos pueden captar la perturbación original que ocasiono tal fenómeno.
En anteriores artículos hemos hablado del sonido como ejemplo del movimiento ondulatorio, lógicamente como producto del movimiento vibratorio, y también en la generación de ondas de choque originadas por la velocidad supersónica alcanzada por un determinado móvil, como podemos observar dicho fenómeno es posible encontrarlo en distintas actividades relacionadas con la cotidianidad de la humanidad.
Pero a través de la acústica profundizaremos e iremos estructurando paso a paso de manera general importantes fundamentos o principios físicos adquiridos por el hombre a través de su loable historia, como la conceptualización del sonido y su notable influencia en nuestras vidas, partiendo desde el punto de vista de la acústica geométrica, y con ello analizaremos la propagación del sonido en forma de línea recta tal y como la óptica geometría lo hace con nuestra fracción espectral, la luz blanca o visible.
Al expandirse las ondas sonoras se conseguirán con cualquier tipo de obstáculos y estos logran que los mismos cambien de dirección y sentido, llevándose a cabo fenómenos ya nombrados como el de la reflexión, absorción, refracción, difracción, entre tantos otros más, nuestro propósito es ir abarcando el comportamiento del sonido a medida que este se propaga en línea recta en forma de rayos sonoros como nos indica la acústica geométrica.
La teoría geométrica implementada en la acústica ha permitido la simplificación conceptual del campo sonoro, y de esta manera podemos sustituir dicha definición de onda por el de rayo sonoro, este rayo en consecuencia seguirá la direccionalidad con la cual se propagan las ondas sonoras, y muy importante expresar, que el rayo sonoro se encuentra sujeto a los mismos principios de expansión o propagación del rayo luminoso el cual nos ha permitido la comprensión de la generación de cualquier tipo de imágenes que se encuentra en nuestro maravilloso entorno.
De acuerdo a Fermat, cualquier tipo de ondas (en este caso sonoras) se desplazan desde una determinada fuente emisora hacia un receptor siguiendo la trayectoria o camino más rápido y en consecuencia el más corto en cuanto a la velocidad de propagación constante o invariable, y al ser esta propagación totalmente libre de cualquier obstáculo dicha trayectoria representara el lugar geométrico de una línea recta, ya que de lo contrario algún material que obstaculice dicha propagación puede hacer que estos rayos se doblen o refracten.
En esta primera parte nos centraremos en conocer algunos aspectos conceptuales relacionados al fenómeno del sonido, también analizaremos algunas formas de generar un sonido, realizando además una pequeña pero importante práctica sobre lo antes descrito, todo esto con la finalidad de ir construyendo las bases fundamentales para la comprensión de la acústica geométrica y su conceptualización de rayo sonoro, y su impacto en aquellos fenómenos intrínsecos (reflexión, refracción, difracción) originados al momento de la propagación de cualquier rayo sonoro.
Acústica geométrica
En cuanto a la acústica geométrica, podemos profundizar diciendo que con la teoría geométrica hemos podido interpretar al fenómeno del sonido de la misma forma como si se tratase de un rayo luminoso, recordando que los rayos luminosos al salir de una determinada fuente lo hacen en todas la direcciones y así trataremos a las ondas sonoras o rayos sonoros, para visualizar de mejor manera la propagación de rayos luminosos y sonoros observaremos la siguiente figura 1.
Figura 1. Rayos luminosos y rayos sonoros
De acuerdo a la anterior figura 1, podemos ir visualizando como serán tratadas las ondas sonoras al momento de analizar una determinada fuente emisora de sonido que será escuchada por un receptor en cualquier tipo de escenario al aire libre, pero en especial en un recinto cerrado, con dicha aplicación geométrica es posible simular la llegada de algún sonido a un receptor, esto lo comenzaremos a desarrollar en la próxima entrega a través del fenómeno de la reflexión del sonido.
El sonido
Este esencial fenómeno para la humanidad guarda una estrecha y necesaria relación con el movimiento oscilatorio en especial, el vibratorio, debido a que el mismo se origina gracias a la vibración de partícula o partículas componentes de algún cuerpo u objeto que se encuentre en nuestro entorno, y llegan a nuestros sistemas naturales auditivos utilizando a las ondas sonoras (perturbación o alteración en un determinado medio), y estas a su vez implementan cualquier medio material elástico o flexible (como el aire) para poder realizar la acción antes descrita, para profundizar en la generación del fenómeno del sonido observaran una pequeña experiencia como se muestra en el siguiente vídeo.
Figura 2. Propagación de la energía del sonido (Ondas longitudinales)
Es importante tener en cuenta de manera general la capacidad de propagación del sonido en un material tanto sólido, líquido o gaseoso, debido a que de acuerdo a la conformación de sus partículas o moléculas dicho fenómeno se desplazara con mayor o menor velocidad por cualquier objeto según el material con el que fue elaborado (como se pudo comprobar en nuestra experiencia práctica), de acuerdo a esta relación de manera general podemos observar la siguiente figura 3.
Figura 3. Propagación del sonido en material sólido, líquido y gaseoso
En la anterior figura 3, ya empezamos a conocer algunas características de gran interés para el análisis de dicho fenómeno del sonido, nuestros oídos perciben innumerables sonidos de su entorno y los mismos podríamos diferenciarlos al localizar la fuente de emisión y los objetos presentes a nuestro entorno.
Muchos son los ejemplos que podremos tomar en cuenta para ir desarrollando esta serie temática, iniciando con aquellos que se involucran con la generación del sonido, como podemos observar en la siguiente vibración la cual sin duda causa la perturbación del medio, debido a la generación de ondas sonoras longitudinales de presión como observaran en la siguiente figura 4.
Figura 4. Vibración de un cuerpo elástico generando ondas sonoras
En la anterior figura 4, pudimos observar claramente un ejemplo de movimiento vibratorio que puede ser realizado por cualquiera de nosotros, esta vibración genera ondas sonoras longitudinales, nos apoyaremos en esta figura 4 para conocer algunas importantes características de las ondas sonoras y las mismas son:
Ciclo
Esta característica nos indica que la antena flexible de nuestro rustico ha pasado dos veces de manera consecutiva y con el mismo sentido por el punto de equilibrio estable (e).
Amplitud de vibración
Nos indica el recorrido máximo de dicha antena flexible a un lado del punto de equilibrio estable, bien sea desde ee´ o ee´´.
Amplitud pico a pico de la vibración
Claramente nos indica el recorrido o desplazamiento máximo de extremo a extremo, es decir, de e´ a e´´.
Período (T)
Intervalo de tiempo en segundos implementado por la antena flexible en realizar un ciclo completo.
Frecuencia (f)
Nos indica la cantidad de ciclos llevados a cabo en un segundo, siendo su unidad el Hertz (Hz).
Velocidad de propagación
Esta nos indica la velocidad con la cual se movilizan las ondas sonoras longitudinales por un determinado medio, según las propiedades de este último (medio) determinara dicha velocidad de propagación, dicha magnitud se expresa en m/s, y en el aire a condiciones normales es aproximadamente de 340 m/s, en el agua de 1290 m/s, vidrio 5000 a 6000 m/s, esto se pudo percibir en el ejemplo demostrativo de la generación del sonido.
Importantes características que nos facilitan cualquier análisis relacionado al fenómeno del sonido, nuestro cuerpo está dotado de innumerables movimientos vibratorio para su buen funcionamiento, en este caso nos referiremos a nuestras cuerdas vocales las cuales vibran para poder producir el sonido de nuestra voz, esto lo podemos visualizar en la siguiente figura 5.
Figura 5. Cuerdas vocales vibrando y generando ondas sonoras
En la anterior figura 5, nos relacionamos con una forma natural de vibración y en consecuencia generación de ondas sonoras, y las mismas son las responsables de transportar nuestra voz tanto a nuestros propios oídos como a los oídos de todas aquellas personas que se encuentra en nuestro entorno.
Conclusión
En anteriores artículos relacionados a otros vínculos como la cinemática- geometría y óptica- geometría, pudimos demostrar que el amplio campo de la ciencia nos ha permitido poder interpretar lo más posible cada una de las manifestaciones naturales que se desarrollan a nuestro alrededor, ambos nexos muy esenciales para la comprensión de vitales fenómenos como el del movimiento y la luz.
En esta oportunidad iniciamos con el vínculo entre la acústica y la geometría, por lo tanto, la acústica geométrica, con la teoría geométrica comenzaremos a analizar a las ondas sonoras como si se tratase de un rayo luminoso, en la figura 1 pudimos realizar esta relación, al propagarse el sonido desarrolla varios fenómenos como el de la reflexión, absorción, refracción, difracción, entre otros, y los mismos llevan consigo otros principios intrínsecos que iremos analizando en el desarrollo de este nexo.
El fenómeno del sonido se encuentra extremadamente vinculado a un movimiento vibratorio, y sin el mismo no se originarían las ondas sonoras, debido a eso se realizó una pequeña práctica demostrativa para resaltar dicha característica o principio físico, acompañado además de imágenes gif para una mejor comprensión en cuanto a la generación de dicho fenómeno del sonido.
Hasta otra entrega mis apreciados lectores de Hive.blog, en especial a los miembros de las comunidades de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras maravillosas comunidades como los son #stemsocial y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este maravilloso proyecto, ya que nos permiten valorar la gran tarea de la academia y el gran esfuerzo del campo científico.
Nota: Todas las imágenes son de mi autoría y fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, el material audiovisual se realizó utilizando el instrumento óptico (cámara de vídeo) del teléfono celular ZTE BLU Life Play 2, además el mismo fue editado implementando la aplicación de Wondershare Filmora (Build 7.8.9).
Referencias Bibliográficas
[1]Charles H. Lehmann. Geometría analítica
[4]Acústica física.
Referencias Recomendadas
[1]Movimiento ondulatorio. Autor: @rbalzan79.