Transmisión, detección y velocidad del sonido. Producción del sonido (las fuentes sonoras). Las vibraciones que originan las ondas sonoras pueden ser de varios tipos. El cuerpo sonoro puede vibrar longitudinal o transversalmente, o puede ejecutar vibraciones torcionales por medio de rápidos giros, en un sentido y en otro, alrededor de un eje; en cualquiera de dichos casos el sonido actúa sobre un determinado medio elástico con el cual esté en contacto, con objeto de formar en él las ondas características del sonido. Es necesario entonces que exista una fuente sonora y un medio elástico que permita la transmisión del sonido. La fuente puede ser un diapasón, una cuerda vibrante, una columna de aire en un tubo de órgano, etc. Transmisión del sonido. El sonido se transmite en cualquier medio ya sea sólido, líquido o gaseoso, pero no en el vacío. Detección del sonido. Sin duda alguna el instrumento más importante por el cual se detecta el sonido es el oído. Varios aparatos eléctricos, llamados en general, micrófonos, se han inventado para detectar las ondas sonoras y transformarlas en corrientes eléctricas variables. Estas corrientes se pueden ampliar, transmitir a distancias cortas o largas y convertirse de nuevo en sonido. Algunas veces alimentan un osciloscopio para el estudio del movimiento ondulatorio, una cabeza grabadora de discos, una fuente luminosa para registrar la voz en una película sonora o un electroimán para grabar sobre alambre o sobre cinta. Velocidad del sonido. Cuando vemos la luz de un relámpago distante y escuchamos después el trueno, sabemos que la diferencia de tiempo se debe a la, relativamente, baja velocidad del sonido. Como el sonido requiere 5 segundos para recorrer una milla, se puede saber donde esta la tormenta, tomando el tiempo con un reloj. Los primeros intentos con éxito para medir la velocidad del sonido en el aire, fueron realizados en 1640 por Marín Mersenne, un físico francés. Desde entonces muchos científicos han mejorado estas mediciones usando varios métodos diferentes; las medidas más recientes y más precisas fueron hechas por Dayton C. Miller en 1934, físico norteamericano, obteniendo una velocidad del sonido de 331 m /s, a la temperatura de 0° C, lo que equivale a 1192 km /hr ó 1087 ft /s. Como regla general, el sonido se propaga mas rápidamente en sólidos y líquidos, que en gases. Es bien sabido, que la temperatura tiene un efecto pequeño pero mensurable sobre la velocidad del sonido. Por cada grado centígrado de elevación de temperatura, la velocidad aumenta 61 cm /s o su equivalente a 2 ft /s. Escrito como ecuación se tiene: v =V 0 + 0.61t
donde: V0 = velocidad del sonido a 0° C = 331 m/s
t = temperatura en ° C. La velocidad de una onda longitudinal depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus partículas, los medios más elásticos permiten mayores velocidades de onda, mientras que medios con mayor densidad retardan el movimiento de las mismas. Por lo tanto, tenemos que: Velocidad del sonido en los sólidos (alambre o varilla). La siguiente ecuación es válida para barras o varillas cuyos diámetros son pequeños en comparación con las ondas sonoras que se propagan por ellas. v=
donde:
Y
ρ
Y = Módulo de Young del material ρ = densidad del sólido.
Velocidad en un sólido extendido. Es función del módulo de corte s, el módulo volumétrico B y la densidad del medio ρ, entonces:
B+ 4 S 3 v= ρ Velocidad del sonido en un gas. La representación algebraica para esta medición, es:
v=
B
ρ
=
δP δRT = ρ M
Velocidad del sonido en los fluidos. Su fórmula es: v=
donde:
B
ρ
B = módulo volumétrico = δ P ρ = densidad del gas δ = constante adiabática para el aire y gases diatómicos ( 1.4 ) P = presión del aire R = constante universal de los gases T = temperatura absoluta del gas M = masa molecular del gas