Energía sonora
La energía sonora es la que transportan las ondas sonoras al propagarse por un medio material.
La energía sonora es la energía que transportan las ondas sonoras al propagarse por un medio material. Es una forma de energía mecánica: nace de la vibración de un objeto, se transmite como compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire, el agua o un sólido, y llega al oído como sonido.
¿Qué es la energía sonora?
Cuando una cuerda, una membrana o unas cuerdas vocales vibran, empujan las partículas del medio que las rodea. Esas partículas oscilan alrededor de su posición de equilibrio y transmiten el movimiento a las vecinas, sin que haya un transporte neto de materia. Lo que viaja es energía, en forma de energía cinética de las partículas en movimiento y de energía potencial elástica del medio comprimido.
El sonido es una onda mecánica longitudinal, de modo que necesita un medio: en el vacío no se propaga. Por eso la energía sonora se estudia dentro de la acústica. La cantidad de energía en juego es sorprendentemente pequeña: una conversación normal emite una potencia acústica del orden de microvatios, millones de veces menos que una bombilla.
Magnitudes de la energía sonora
| Magnitud | Símbolo | Unidad (SI) |
|---|---|---|
| Energía sonora | E | Julio (J) |
| Potencia acústica | P | Vatio (W) |
| Intensidad sonora | I | Vatio por metro cuadrado (W/m²) |
| Nivel de intensidad | L | Decibelio (dB) |
| Frecuencia | f | Hercio (Hz) |
Fórmulas
La intensidad es la potencia que atraviesa cada unidad de superficie perpendicular a la propagación. Para una fuente puntual que radia por igual en todas direcciones, se reparte sobre una esfera de radio r:
Como el oído percibe un rango enorme de intensidades, se usa una escala logarítmica. El nivel de intensidad sonora se define respecto al umbral de audición, I₀ = 10⁻¹² W/m²:
Cada 10 dB equivalen a multiplicar la intensidad por 10, y cada 3 dB aproximadamente a duplicarla. Por último, la energía emitida en un tiempo t por una fuente de potencia constante es:
Velocidad del sonido en distintos medios
La energía sonora viaja a una velocidad que depende de la elasticidad y la densidad del medio. A 20 °C, en el aire es de unos 343 m/s; en el agua, de unos 1480 m/s; y en el acero, de unos 5000 m/s. En general es mayor en sólidos que en líquidos y en líquidos que en gases. Puedes profundizar en el sonido y su frecuencia.
Niveles de referencia
- 0 dB: umbral de audición, I₀ = 10⁻¹² W/m².
- 60 dB: conversación normal, aproximadamente.
- 85 dB: nivel a partir del cual la exposición prolongada puede dañar el oído.
- 120 dB: umbral del dolor, con una intensidad de 1 W/m².
Aplicaciones
- Ecografía: ultrasonidos que se reflejan en los tejidos para formar imágenes sin radiación ionizante.
- Sonar: localiza objetos bajo el agua midiendo el eco de pulsos sonoros.
- Limpieza por ultrasonidos: las vibraciones desprenden la suciedad de joyas e instrumental.
- Aislamiento acústico: materiales que absorben o reflejan la energía para reducir el ruido.
- Captación piezoeléctrica: pequeños dispositivos transforman vibraciones en electricidad, útil para sensores de bajo consumo.
Ejercicios resueltos
1. Una fuente puntual emite 0,1 W de potencia acústica. ¿Qué intensidad llega a 1 m de distancia?
I = P/(4πr²) = 0,1 / (4π · 1²) = 0,1 / 12,57 = 7,96 · 10⁻³ W/m².
2. ¿Qué nivel de intensidad corresponde al resultado anterior?
L = 10 · log₁₀(7,96 · 10⁻³ / 10⁻¹²) = 10 · log₁₀(7,96 · 10⁹) = 10 · 9,90 = 99 dB.
3. ¿Qué intensidad tiene un sonido de 60 dB?
60 = 10·log₁₀(I/10⁻¹²), luego I/10⁻¹² = 10⁶ y I = 10⁻⁶ W/m², es decir, 1 µW/m².
4. ¿Cuánta energía sonora emite una fuente de 0,1 W durante una hora?
E = P·t = 0,1 W · 3600 s = 360 J.
Preguntas frecuentes
¿La energía sonora se puede transformar en otras energías?
Sí. Al ser absorbida por un material, se convierte en calor, aunque en cantidades minúsculas. También puede transformarse en señal eléctrica mediante un micrófono o un material piezoeléctrico.
¿Por qué el sonido no se propaga en el vacío?
Porque es una onda mecánica y necesita partículas materiales que vibren para transmitir la perturbación. En el vacío no hay medio, por lo que no hay sonido.
¿Qué mide el decibelio?
Mide el nivel de intensidad sonora en escala logarítmica respecto al umbral de audición. No es una unidad lineal: 90 dB no es el doble de 45 dB, sino una intensidad mil millones de veces mayor.
¿Cuánto aumenta la intensidad al sumar 3 dB?
Aproximadamente se duplica. Por eso dos fuentes iguales sonando a la vez producen unos 3 dB más que una sola.
¿Se puede aprovechar la energía sonora como fuente de energía?
En la práctica aporta muy poca potencia, por lo que solo sirve para alimentar sensores y dispositivos de consumo mínimo, no para suministrar electricidad a gran escala.
Referencias
- Kinsler, L. E., Frey, A. R., Coppens, A. B. y Sanders, J. V. Fundamentals of Acoustics. Wiley.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Energía sonora». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-sonora/
