Una onda de sonido es un tipo de onda de presión causada por la vibración de un objeto en un medio conductor como el aire. Cuando el objeto vibra, envía una serie de ondas que pueden interpretarse como sonido. Por ejemplo, cuando alguien golpea un tambor, hace que la membrana del tambor vibre, y la vibración se transmite a través del aire, donde puede llegar al oído de un oyente. Las vibraciones viajan a diferentes velocidades a través de diferentes medios, pero no pueden viajar a través del vacío. Además de utilizarse para la comunicación, las ondas sonoras se emplean para proporcionar imágenes de objetos y estructuras inaccesibles, en estudios oceánicos y en geología y sismología.
Tipos de onda
El sonido viaja a través de gases, líquidos y sólidos como ondas longitudinales. Esto significa que la compresión del medio está en la misma dirección en la que viaja el sonido. En los sólidos y en las superficies de los líquidos, la vibración también puede viajar como ondas transversales. En estos, la compresión es perpendicular a la dirección del movimiento.
La velocidad del sonido
La velocidad a la que viaja el sonido depende de la densidad del medio a través del cual viaja. Viaja más rápidamente a través de medios más densos y, por lo tanto, es más rápido en sólidos que en líquidos y más rápido en líquidos que en gases. En condiciones familiares, terrestres, la velocidad del sonido es siempre enormemente menor que la de la luz, pero en el material superdenso de una estrella de neutrones, puede acercarse bastante a la velocidad de la luz. La diferencia de velocidades a través del aire se demuestra por la demora entre el destello de un rayo y el sonido de un trueno para un observador distante: la luz llega casi instantáneamente, pero el sonido toma una cantidad de tiempo notable.
La velocidad del sonido en el aire varía con la presión y la temperatura, con presiones y temperaturas más altas que dan velocidades más altas. Por ejemplo, a 68 ° F (20 ° C) y la presión estándar al nivel del mar, es de 1,126 pies por segundo (343.3 metros por segundo). En el agua, la velocidad depende de nuevo de la temperatura; a 68 ° F (20 ° C) es 4,859 pies / seg (1,481 m / s). La velocidad en sólidos es muy variable, pero algunos valores típicos son 13,700 pies / seg (4,176 m / s) en ladrillo, 20,000 pies / seg (6,100 m / s) en acero y 39,400 pies / seg (12,000 m / s) en diamante.
Longitud de onda, frecuencia y amplitud
El sonido se puede describir en términos de longitud de onda, frecuencia y amplitud. La longitud de onda se define como la distancia que se necesita para completar un ciclo completo. Un ciclo completo se mueve de un pico a otro o de un valle a otro.
La frecuencia es un término que se utiliza para describir el número de ciclos completos dentro de un período de tiempo determinado, por lo que las longitudes de onda más cortas tienen frecuencias más altas. Se mide en hercios (Hz), siendo un hercio un ciclo por segundo, y kilohercios (kHz), siendo un kHz 1,000 Hz. Los seres humanos pueden escuchar sonidos que van desde 20 Hz hasta aproximadamente 20 kHz, pero las vibraciones pueden tener frecuencias mucho más bajas o más altas. La audición de muchos animales se extiende más allá del alcance humano. Las vibraciones que están por debajo del rango de audición humana se denominan infrasonidos, mientras que las que están por encima de ese rango se conocen como ultrasonido.
El tono de un sonido depende de la frecuencia, y los tonos más altos tienen frecuencias más altas. La amplitud es la altura de las olas y describe la cantidad de energía transportada. Las amplitudes altas tienen volúmenes más altos.
Fenómenos ondulatorios
Las ondas sonoras están sujetas a muchos de los fenómenos asociados con las ondas luminosas. Por ejemplo, pueden reflejarse desde superficies, pueden sufrir difracción alrededor de obstáculos y pueden experimentar refracción al pasar entre dos medios diferentes, como el aire y el agua, todo de manera similar a la luz. Otro fenómeno compartido es la interferencia. Cuando las ondas sonoras de dos fuentes diferentes se encuentran, pueden reforzarse entre sí donde coinciden los picos y los valles, y cancelarse entre sí donde el pico se encuentra con el valle, creando un patrón de interferencia, con áreas ruidosas y silenciosas. Si las vibraciones tienen diferentes frecuencias, esto puede crear un efecto pulsado o un «latido» en el sonido combinado.
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Las ondas sonoras tienen muchas aplicaciones en la ciencia y la medicina. La ecografía se puede utilizar para investigar problemas médicos y realizar comprobaciones importantes. Una aplicación muy conocida es una ecografía, que se utiliza para producir una imagen de un feto, con el fin de comprobar su salud cuando una radiografía no sería segura. Los pulsos de sonido, conocidos como sonar, se pueden utilizar para mapear el fondo del océano midiendo con precisión el tiempo que tarda en recibirse un eco.
En sismología, la estructura interna de la Tierra se puede investigar observando la propagación de ondas sonoras. Dado que las ondas transversales no pueden viajar a través de líquidos, esta técnica se puede utilizar para trazar áreas de roca fundida debajo de la superficie. Normalmente, el sonido se genera por una explosión y las vibraciones se captan en varios puntos distantes, habiendo viajado a través de la Tierra. Al examinar el patrón de ondas transversales, conocidas como «ondas s» en este contexto, y las ondas longitudinales, conocidas como «ondas p», se puede construir un mapa tridimensional preciso que muestre la distribución de la roca sólida y fundida. .