Sonido
El sonido es una onda mecánica longitudinal producida por vibraciones que se propaga por un medio material y que el oído percibe entre 20 y 20 000 Hz.
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se origina por la vibración de un cuerpo y se propaga a través de un medio material (aire, agua, sólidos) en forma de variaciones de presión. Nuestro oído capta las que están entre unos 20 Hz y 20 000 Hz y las convierte en sensaciones auditivas. En el vacío, el sonido no se propaga.
¿Qué es el sonido?
Cuando una cuerda de guitarra vibra, empuja y comprime el aire que la rodea; al volver, lo enrarece. Esas zonas de compresión y rarefacción se propagan como una onda: las moléculas de aire oscilan alrededor de su posición, pero no viajan con la onda, que solo transporta energía. Es una onda longitudinal porque las partículas oscilan en la misma dirección en que avanza la perturbación.
La palabra procede del latín sonitus. La parte de la física que lo estudia es la acústica, y la energía que transporta se trata en energía sonora.
Cualidades del sonido
| Cualidad | Depende de | Percepción |
|---|---|---|
| Tono | Frecuencia | Grave (baja frecuencia) o agudo (alta) |
| Intensidad | Amplitud de la onda | Sonido fuerte o débil |
| Timbre | Armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental | Permite distinguir un violín de una flauta tocando la misma nota |
| Duración | Tiempo que se mantiene la vibración | Sonido corto o largo |
Magnitudes y fórmulas
Las ondas sonoras se describen con las magnitudes habituales de cualquier onda:
donde v es la velocidad de propagación (m/s), λ la longitud de onda (m), f la frecuencia (Hz) y T el periodo (s). En el aire, la velocidad depende de la temperatura; una aproximación válida es:
A 20 °C resulta unos 343 m/s (≈ 1235 km/h).
Velocidad del sonido en distintos medios
| Medio | Velocidad aproximada (m/s) |
|---|---|
| Aire (20 °C) | 343 |
| Agua dulce (20 °C) | ~ 1480 |
| Madera (según especie y dirección) | ~ 3300 – 4000 |
| Acero | ~ 5000 |
| Vacío | No se propaga |
El sonido va más rápido en sólidos que en líquidos y en líquidos que en gases, porque las partículas están más próximas y se transmiten antes la perturbación.
Intensidad y nivel sonoro
La intensidad (I) es la potencia por unidad de área, en W/m². Como el oído responde a un intervalo enorme, se emplea una escala logarítmica, el decibelio (dB):
I₀ es aproximadamente el umbral de audición (0 dB). Una conversación normal ronda los 60 dB, el tráfico intenso los 80 dB y un concierto o una discoteca superan los 100 dB. La exposición prolongada a más de 85 dB puede dañar el oído. Por cada 10 dB, la intensidad se multiplica por 10.
Rangos de frecuencia
- Infrasonidos: menos de 20 Hz. Los emiten terremotos, ballenas y elefantes.
- Sonidos audibles: de 20 Hz a 20 000 Hz para un joven sano; el límite superior baja con la edad.
- Ultrasonidos: más de 20 kHz. Los usan murciélagos y delfines y también ecografías, sónares y limpiadores industriales.
Fenómenos del sonido
- Reflexión: origina el eco (si el sonido reflejado llega al menos 0,1 s después del original) y la reverberación. Véase reflexión.
- Refracción: cambio de dirección al pasar de un medio a otro.
- Difracción: el sonido rodea obstáculos y esquinas; por eso oímos a alguien tras una puerta.
- Interferencia y resonancia: base de instrumentos musicales y de los cascos con cancelación de ruido.
- Efecto Doppler: variación de la frecuencia percibida cuando fuente y observador se mueven uno respecto del otro, como la sirena de una ambulancia.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la longitud de onda de la nota la (440 Hz) en el aire a 20 °C (v = 343 m/s).
λ = v/f = 343 / 440 ≈ 0,78 m.
2. Un excursionista grita frente a una pared y oye el eco 1 s después. ¿A qué distancia está? (v = 343 m/s)
El sonido recorre ida y vuelta: 2d = v·t = 343 · 1 = 343 m, luego d = 171,5 m.
3. Una fuente produce una intensidad de 10⁻⁶ W/m². ¿Qué nivel sonoro es?
L = 10·log₁₀(10⁻⁶ / 10⁻¹²) = 10·log₁₀(10⁶) = 10 · 6 = 60 dB.
4. Se ve un relámpago y el trueno se oye 6 s después. ¿A qué distancia cayó el rayo?
Se desprecia el tiempo de la luz. d = v·t = 343 · 6 = 2058 m ≈ 2,1 km.
¿Por qué el sonido no se propaga en el vacío?
Porque es una onda mecánica: necesita partículas materiales que vibren y transmitan la perturbación. En el vacío no hay medio.
¿Cuál es la velocidad del sonido en el aire?
Unos 343 m/s a 20 °C, es decir, unos 1235 km/h. Aumenta con la temperatura.
¿Qué diferencia hay entre sonido grave y agudo?
La frecuencia: los graves tienen baja frecuencia y los agudos, alta. La cualidad se llama tono.
¿Qué es un decibelio?
Es la unidad de nivel sonoro en una escala logarítmica. Cada aumento de 10 dB equivale a multiplicar por 10 la intensidad.
¿Qué es el eco?
Es la repetición de un sonido tras reflejarse en una superficie lejana, que llega al oído al menos 0,1 s después del original.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Kinsler, L. E., Frey, A. R., Coppens, A. B. y Sanders, J. V. Fundamentals of Acoustics. Wiley.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Sonido». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/sonido/
