Cuando escuchas música, una conversación o el canto de un pájaro, estás detectando ondas de presión que viajan por el aire hasta tu tímpano. El sonido es una onda mecánica longitudinal: las partículas del medio oscilan en la misma dirección en que viaja la onda, creando regiones de compresión y rarefacción alternadas. Sin un medio material (aire, agua, acero), no hay sonido: en el vacío del espacio, las explosiones son silenciosas.
Velocidad del Sonido
La velocidad del sonido depende del medio: en el aire a 20°C es aproximadamente 343 m/s; en el agua puede superar los 1500 m/s; en el acero alcanza los 5000 m/s. En general, los sonidos viajan más rápido en sólidos que en líquidos, y más rápido en líquidos que en gases. La velocidad del sonido en aire aumenta con la temperatura (~0.6 m/s por grado centígrado) y es prácticamente independiente de la presión.
Frecuencia y Audición
El rango audible para humanos es aproximadamente de 20 Hz a 20 kHz. Las frecuencias低于 20 Hz se llaman infrasonido; las superiores a 20 kHz son ultrasonido. Los perros escuchan ultrasonido; los murciélagos y delfines lo usan para ecolocalización. Los murciélagos pueden detectar frecuencias de hasta 200 kHz.
Efecto Doppler
Cuando una fuente de sonido se mueve hacia ti, las ondas se comprimen, aumentando la frecuencia percibida. Cuando se aleja, se expanden y la frecuencia baja. Este fenómeno, descubierto por Christian Doppler en 1842, se aplica también a la luz (el corrimiento al rojo cosmológico) y es la base de los radares de velocidad y los ecocardiogramas Doppler.
Intensidad y Decibelios
El decibelio (dB) es una escala logarítmica para la intensidad del sonido. Un aumento de 10 dB representa un aumento de 10 veces en intensidad; uno de 20 dB, 100 veces. El umbral de dolor está alrededor de 120 dB. La exposición prolongada a sonidos superiores a 85 dB puede causar daño auditivo permanente.
Resonancia Acústica
Cuando la frecuencia de un sonido coincide con la frecuencia natural de un objeto, la amplitud de vibración crece enormemente: es la resonancia. Cada instrumento musical usa la resonancia para amplificar ciertos armónicos. Los cantos gregorianos en ciertas catedrales pueden hacer vibrar gafas de cristal hasta romperlas si la frecuencia coincide exactamente.
Aplicaciones
El ultrasonido se usa en medicina para imágenes diagnósticas sin radiación. El sonar usa pulsos acústicos para detectar submarinos y mapear el fondo oceánico. La ecografía industrial inspecciona soldaduras sin dañarlas. Los paneles acústicos de las salas de concierto están diseñados para controlar la reverberación mediante la absorción y difusión del sonido.