Cuando un cuerpo vibra se produce un movimiento que se transmite de una partícula a otra, como si se tratase de un efecto dominó, a través del propio material y del medio que lo rodea. En el caso de que esa vibración llegue a nuestro oído, éste se encarga de transformarla, mediante un sofisticado mecanismo fisiológico, en un impulso nervioso que es interpretado por nuestro cerebro como un sonido.
El sonido es la percepción (sensación sonora) que efectúa nuestro cerebro de las vibraciones mecánicas que se transmiten a través de un determinado medio y que alcanzan nuestro oído.
Generalmente, nuestro oído percibe las ondas sonoras que se transmiten por el aire. La fuente de sonido genera una vibración que se transmite a través de las partículas del aire, creando una onda de tipo mecánico, ya que la energía que se transmite en dicho proceso requiere que haya un medio material para su propagación (por lo que, a diferencia de las ondas electromagnéticas, éstas no se propagan en el vacío).
En la propagación de las ondas sonoras se transmite energía mecánica de una partícula a otra, sin desplazamiento neto de las mismas.
La energía que se transmite provoca la vibración de las sucesivas partículas, de modo que éstas oscilan en torno a una posición de equilibrio, que es la que tienen inicialmente. Es decir, que las partículas se mueven, pero no se desplazan más allá de lo que permite su vibración. Cada una de ellas actúa como si fuese un pequeño péndulo que realiza un movimiento de vaivén, acotado en una determinada región del espacio. En estas pequeñas oscilaciones, las partículas van transmitiendo energía a las partículas que están próximas empujándolas a moverse de la misma manera, y así el movimiento se propaga a lo largo del medio en la misma dirección en la que se produce la perturbación: son ondas longitudinales.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales, ya que la dirección de vibración coincide con la dirección de propagación.
Las oscilaciones se propagan en cadena a lo largo del aire (u otro medio), produciéndose zonas en las que las partículas están más cercanas y otras en las que están más alejadas, por lo que su movimiento puede entenderse como una sucesión de compresiones y dilataciones, creando zonas de mayor presión y otras de menor presión.
El sonido es una onda de presión.
Evidentemente, la perturbación no se transmite instantáneamente sino que lo hace a una determinada velocidad, que depende de las características del medio. Aunque el sonido puede transmitirse en cualquier medio material, ya sea sólido, líquido o gaseoso, lo hará más rápidamente cuanto mayor sea la rigidez del medio por el que se transmite, ya que las partículas están más próximas y facilitan la transmisión de la vibración.
En general, la velocidad con la que se propagan las ondas sonoras es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en éstos mayor que en los gases. Por ejemplo, la velocidad del sonido en el aire es, aproximadamente, 340 m/s (1224 km/h), mientras que en el agua alcanza los 1500 m/s (5400 km/h) y en el acero puede superar los 6000 m/s (21600 km/h). Sin embargo, algunos sólidos porosos, como el corcho, tienen un gran poder de absorción, por lo que resultan ser buenos aislantes del sonido.
En el aire, la velocidad del sonido está influenciada por algunas propiedades como la presión, la densidad, la temperatura o el grado de humedad. Puede expresarse mediante la siguiente ecuación:
Donde P es la presión, ρ es la densidad y γ se denomina coeficiente adiabático, que para el aire es igual a 1’4. Experimentalmente se comprueba que por cada grado que se eleva la temperatura del aire, la velocidad del sonido aumenta uno 0’6 m/s, por lo que se puede establecer la siguiente relación aproximada:
El incremento de la velocidad de propagación del sonido en el aire con la temperatura se explica porque el aumento de la agitación térmica facilita que se propague la vibración.
En el siguiente vídeo, correspondiente a la serie El Universo Mecánico, se ofrece una excelente explicación de la naturaleza de las ondas y el sonido:
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