PROPAGACIÓN DEL SONIDO

Las ondas sonoras son longtudinales, mecánicas (no viajan en el vacío) y se propagan en todas las direcciones, de modo que frente de ondas es esférico; así mismo, tiene la capacidad de estimular el oído humano y producir sensación sonora. Por ello, el estudio del sonido debe tratarse de diferentes forma los aspectos físicos y los aspectos fisiológicos relacionados con la audición.

 Los frentes de onda en una onda sonora son esféricos, pero podemos pensarlo en una dimsensión como las ondas que se propagan a lo largo de un resorte como consecuencia de las comprensión longitudinal. Por lo que las partículas del medio se comprimen en las zonas de máxima amplitud de la ondulación y se separan en las de mínima amplitud. Estas zonas se denominan compresión y rarefacción.

Rapidez del sonido en m/s, medido a 0°C

Granito

5400

Hierro

5190

Aluminio

5100

Madera

3900

Cobre

3810

Agua

1410

Plomo

1190

Aire

331


Rapidez de propagación en el aire y temperatura

Donde T es la temperatura en kelvin

La rapidez de propagación del sonido está relacionada con variables físicas propias del material como la densidad, la temperatura, la elasticidad, presión, salinidad, etc.

En el caso de medios gaseosos, como el aire, las vibraciones son trasmitidas de un punto a otro mediante choques entre las partículas que constituyen el gas. De este modo cuando mayor sea la densidad del gas, mayor será la rapidez de la onda.

En los medios sólidos, son las fuerzas que unen entres sí las partículas constitutivas del cuertpo las que se encargan de propagar la perturbación  de un punto a otro. Este procedimiento más directo explica por qué la rapidez del sonido es mayor en los sólidos que en los gases.

La rapidez del sonido varía muy poco con la temperarura en los sólidos y líquidos, sin embargo en los gases, aumenta con la temperatura porque se incrementa la probabilidad de los choques entre las moléculas.

El alcance de una onda de sonido en un medio, esta directamente con la energía que absorbe y la rapidez especificamente en un sólido, se ve afectada por la densidad y por la elasticidad.

A nivel molecular un material con alta elasticidad (rígido) se caracteriza por grandes fuerzas entre sus moléculas. Esto hace que las partículas vuelvan rápidamente a sus posiciones de equilibrio y estén dispuestas a iniciar de nuevo un movimiento, lo que les permite vibrar a altas velocidades. Por lo tanto, el sonido viaja más rapido a través de medios con mayor elasticidad.

La densidad de un medio representa la masa por unidad de volumen. Así mientras más denso es un material, mayor será la masa de las moléculas, si se considera un mismo volumen, lo que implica que el sonido se trasmite más lentamente. Esto se debe a que  las ondas de sonido trasportan energía, que es la responsable de la vibración de un medio, y se necesita más energía para hacer vibrar las moléculas grandes que la requerida para hacer vibrar moléculas más pequeñas. Por esto, el sonido viaja más lento en un objeto más denso, si ambos tienen la misma propiedad elásticidad.

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Rapidez de propagación del sonido

Las ondas longitudinales, específicamente el sonido, se propaga a través de diferentes medios con distinta velocidad. Aquello está influenciado principalmente por las características del medio.

Sólidos

En la ecuación E corresponde al módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal, el cual es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico. ρ corresponde a la densidad del material.

Sustancia Módulo de Young 
 Aluminio 70

Hueso*

Tracción

Comprensión

 

16

9

Ladrillo

20

Cobre

120

Vidrio, cuarzo fundido

70

Granito

50

Hierro forjado

190

Mármol

60

Poliestireno

3

Cuarzo

70

Acero

200

Madera

10

módulo de Young representativo para cada material.

Líquidos

En la ecuación B corresponde al módulo de compresibilidad, el mide la resistencia de un material a la compresión uniforme y, por tanto, indica el aumento de presión requerido para causar una disminución unitaria de volumen dado. ρ corresponde a la densidad del material.

Sustancia Módulo de compresión B, 10^9 N/m^2
 Liquidos  
Etanol 0,9
Mercurio 25
Agua 2,2
Sólidos  

Alumnio

70

Cobre

120

Vidrio, cuarzo fundido

36

Granito

47

Hierro

80

Mármol

70

Acero

158

Módulo de compresión volumétrico de líquidos y sólidos ordinarios.

Gases

En la ecuación P es la presión no perturbada,  γ  es la razón entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante, Para gases diatómicos tales como el oxígeno, el nitrógeno, el aire en general tiene un valor de 7/5=1,4. ρ es la densidad.