El sonido: características y propagación

1- ¿Qué es el sonido?

Todos tenemos una idea de lo que se llama sonido, puesto que a menudo hablamos del "sonido de un piano", del "sonido de una campana", etc. El sonido es un fenómeno físico percibido por el oído.

Pero, ¿cómo se produce? ¿Qué lo produce? ¿Cómo se propaga?

1.1- ¿Cómo y qué lo produce?

Por lo pronto, si escuchamos un sonido pensamos que debe haber algo que lo produce. Ese algo es relativamente fácil de encontrar. Si oímos el sonido de una campana, sabemos que él proviene de un golpe dado a la misma. Ese golpe hace vibrar la masa metálica, cosa que podemos comprobar si acercamos un dedo y la tocamos con suavidad: sentimos un cosquilleo, que indica una rápida vibración (movimientos en vaivén).

¿Qué pasa si apoyando fuertemente nuestra mano impedimos que la campana siga vibrando? Todos hemos hecho alguna vez esa experiencia y conocemos el resultado: el sonido se apaga rápidamente. Es decir, parece que el sonido es causado por la vibración, puesto que terminada la vibración, el sonido se apaga.

El sonido es producido por un movimiento vibratorio.

1.2- Propagación 

Si una fuente genera una oscilación entonces  pondrá en movimiento a las moléculas de aire (del medio) cercanas. Éstas, a su vez, transmitirán ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente. El desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño, sin embargo, es suficiente para lograr transmitírselo a la siguiente, hasta que una última ingrese e impacte al sistema auditivo del receptor. Para simplifica este hecho, utilizaremos una línea de moléculas de aire, la imagen muestra inicialmente como se ordenan las moléculas del medio sin una fuente sonora, y luego muestra lo que ocurre con las moléculas del medio una vez que comienza a sonar.

En general, el ambiente contiene muchas moléculas y por lo tanto el efecto se observa de la siguiente manera:

El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de compresión, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora. Es importante mencionar que, el sonido es un tipo de onda mecánica, es decir, requiere de un medio físico o material para poder propagarse. 

El sonido no se propaga en el vacío
 

2- Velocidad de propagación

Recordando que una velocidad se obtiene dividiendo una distancia por el tiempo empleado en recorrerla.

$v=\frac{dis\tan cia}{tiempo}=\frac{d}{t}$
 

Basta reemplazar los datos y se obtiene la velocidad del sonido, que en el aire es de aproximadamente 340 m/s.

Según lo visto, siempre podremos relacionar las características del sonido con una característica general de la onda.

Ejemplo (Demre 2015). Un violín y un charango emiten la misma nota en una pieza musical. ¿Cuál es la característica del sonido que permite a una persona distinguir entre el sonido emitido por el violín y el emitido por el charango?

 A) Su tono.
B) Su timbre. 
C) Su amplitud.
D) Su frecuencia.
E) Su rapidez de propagación.

Respuesta: Tanto el violín como el charango emiten la misma nota musical. Entonces, las cuerdas de ambos instrumentos vibran con la misma frecuencia y por lo tanto, también tienen el mismo tono, con esto descartamos A) y D).

Por otra parte, la rapidez de propagación es una característica que no depende del instrumento musical o de la persona que escucha, sino que del medio a través del cual se propaga la onda sonora, por lo que en una situación como la descrita, las ondas sonoras producidas por ambos instrumentos se propagan con la misma rapidez, con esto se descarta la E).

La amplitud de dichas ondas determina la intensidad de los sonidos, pudiendo la persona distinguir si alguno de los dos es más intenso que el otro, pero no identificar las características que hacen que un determinado instrumento produzca un sonido característico, así que no puede ser C).

Finalmente sabemos que el timbre corresponde a la onda sonora resultante de una superposición de todas las ondas generadas por un instrumento. Entonces la forma de esa onda es característica para cada instrumento, ya sea por su diseño, como tamaño y materiales con los que fue fabricado.