Cuando un avión vuela en el cielo medida que avanza, empuja las moléculas del aire y las aparta de su camino, creando continuamente ondas de aire comprimido y expandido. Estas ondas constituyen ondas sonoras, que se alejan del avión en todas direcciones a una velocidad de unos 341 m/s (la típica velocidad del sonido en el aire). Si el avión viaja a una velocidad inferior a ésta, entonces las ondas sonoras pueden propagarse por delante del aparato. Pero si el avión aumenta su velocidad hasta la velocidad del sonido, entonces las ondas se empiezan a apelotonar en la parte frontal del avión y se comprimen, formando lo que denominamos ondas de choque.
Éstas serían similares a las ondas que se acumulan en la proa de un barco cuando se mueve por el agua. Las ondas de choque se dispersan por detrás del avión y si llegan a nuestro oído golpearán nuestros tímpanos: escucharemos una explosión sónica. Todas las ondas sonoras que se habrían propagado normalmente por delante del avión, se han acumulado en su parte frontal, de forma que antes de que llegue el avión no oímos absolutamente nada, y justo cuando pasa, escuchamos una explosión. Es exactamente lo mismo que sucede cuando nos encontramos en la orilla de un lago muy tranquilo y una lancha pasa por delante. No hay ninguna alteración en el agua mientras se acerca la embarcación, pero al poco de pasar, una gran ola llega hasta la orilla y nos moja los pies. Cuando un avión pasa a la velocidad del sonido, esta gran ola se manifiesta como una explosión sónica.
De seguro conocemos todos los efectos producidos al hablar después de haber inhalado helio. Todos lo hemos intentado alguna vez, y pasado un buen rato riendo, pero.. ¿cuál es el principio físico detrás de ésto?
El sonido como onda.
En la entrada pasada aprendimos que el sonido se comporta como onda, por lo cual tiene una amplitud, que le da el nivel de intensidad, y la frecuencia, que le da la tonalidad grave o aguda... como ya te has de imaginar, el helio hace cambios en la frecuencia.
Antes de explicar qué es lo que hace exactamente, hay que entender cómo funciona el habla humana.
En la laringe tenemos un par de plieges en forma de "V", que conocemos como cuerdas vocales. El aire, al salir de los pulmones hacia la boca, hace vibrar éstos pliegues, causando sonido. El sonido es modificado después por la boca, la lengua, y los labios. He aquí un video demostrativo.
Regresando al helio, el helio es más ligero que el aire. Por eso su uso en globos aerostáticos y globos para regalo, ya que, debido a la diferencia de densidades, el helio flota en el aire. Por la misma razón, el sonido viaja casi 3 veces más rápido en helio, aumentando su frecuencia también. Es por eso que al inhalar y llenar la cavidad pulmonar con helio, cambiamos el medio en el que se propaga el sonido generado por nuestras cuerdas vocales, teniendo como resultado final un sonido más agudo.
El efecto contrario se puede lograr con un gas mucho más denso, como el hexafluoruro de azufre (6 veces más denso que el aire), que hace que la frecuencia de vibración disminuya y se obtenga un tono más grave al hablar.
Ambos efectos pasarán cuando se haya eliminado todo el gas de nuestros pulmones.
El lado feo
Así como es divertido hablar con helio, tiene su lado malo. Al inhalar helio puro, dejas de inhalar oxígeno, lo cuál puede causar asfixia. También, si inhalas oxígeno de un tanque presurizado, al salir a presión puede causar rupturas en el tejido pulmonar o crear burbujas de helio en la sangre que pueden llegar al cerebro y causar una embolia cerebral, lo cuál podría causar la muerte.
Así que hay que tener en cuenta ésto la próxima vez que nos encontremos haciendole un hoyito a un globo de helio para divertirnos un rato.
Éste es uno de los tantos fenómenos extraños que tienen que ver con el sonido... y les mostraremos más en las próximas entradas, mientras tanto, les dejamos un video para que vean los efectos de ambos gases, y a Vin Diesel bajo los efectos del helio. Dejen sus comentarios!
Es casi imposible imaginarnos un mundo sin sonido..
Está ahí todo el tiempo, desde el momento en que despertamos, hasta el momento en que volvemos a caer dormidos. El sonido es un fenómeno fascinante, y con esta nueva entrada, veremos cómo es que funciona..
Qué es el sonido?
El sonido es energía en forma de ondas producidas por la vibración de las cosas. Si tocas la cuerda de una guitarra, haces que vibre rápidamente, que a su vez, hace que vibre el aire alrededor. El aire lleva esta energía en todas direcciones, hasta que el aire dentro de nuestros oidos empieza a vibrar también. Ahí es cuando percibimos la vibración, como el sonido de una cuerda. En esta entrada, explicaremos sólo el proceso físico del sonido, la percepción quedará para después.
El sonido viaja desde una fuente definida, justo como la luz, pero a contrario de ella, que puede viajar en el vacio del espacio, el sonido necesita un medio por el cual transmitirse.
El primer científico en descubrir que el sonido necesita este medio, fue el científico inglés Robert Boyle. El experimento que hizo consistió en poner un reloj con alarma sonando en un frasco de vidrio y absorber todo el aire. El sonido dejó de escucharse conforme dejó de haber aire por el cual transmitirse.
Cómo es que viaja el sonido?
Cuando escuchas cualquier cosa, estás escuchando energía que hizo un viaje. Se tuvo que originar en algún lado, y viajó hasta tu oido, justo como viajan las olas en el agua. Si lanzas una piedra a un lago, cuando toque la superficie, creará ondas, que viajaran por la superficie del agua, y que terminarán llegando a la orilla.
La diferencia con el agua, es que las ondas de sonido empujan y jalan el aire para propagarse, a contrario del agua, en la que sus moléculas se mueven de arriba hacia abajo. El aire comprime el aire en ciertas partes, mientras que en otras lo estira, creando un patrón.
Comportamiento de la energía en el agua/luz
Comportamiento del sonido
Así como el agua que choca con los rompeolas y toma una nueva dirección con casi la misma fuerza, hace remolinos, crestas en las olas y más cosas, el sonido también hace cosas interesantes. Estos efectos son en realidad la forma en que se transmite la energía en los diferentes medios. Puedes reflejar el sonido en una pared de la misma forma que reflejas luz en un espejo, y el agua que choca con una pared. En el sonido, ésto es el eco.
Las ondas de sonido pierden energía conforme viajan por el medio. Es por eso que dejamos de escuchar cosas que están lejos, la onda tiene que viajar más distancia, y pierde energía en el camino.
También, las ondas de sonido se comportan como el agua, expandiendose en circulos. Es por eso que podemos escuchar del otro lado de la esquina. A este fenómeno se le conoce como difracción.
La medición de las ondas.
Todas las ondas de sonido son iguales, van por el medio haciendo que los átomos y moléculas se muevan atrás y adelante. Pero también son diferentes. Diferentes para los diferentes sonidos graves, agudos; fuertes, bajos, incluso instrumentos musicales tocando la misma nota hacen un sonido diferente.
Las energía que viaja por las ondas hace que las ondas de sonido tengan un patrón definido. Dependiendo de una amplitud grande o pequeña, se escucha fuerte o quedo, respectivamente.
La frecuencia con que un patrón se repite, le da el tono. Ondas con menor frecuencia, se perciben como más agudas.
Cómo se explica que dos instrumentos musicales creen ondas de igual amplitud y frecuencia, y aún así suenen diferente? La respuesta es que sus ondas no son identicas. Cualquier fuente de sonido produce muchas ondas al mismo tiempo. Hay una onda Fundamental, y sobre ella, hay varios tonos más agudos, llamados harmónicos, o sobretonos. Cada harmónico es exactamente dos o tres o más veces más agudo que el fundamental. La combinación de la onda fundamental con sus harmónicos es conocida como timbre, o la calidad del sonido. Éstas ondas se juntan para darle una forma definida a cada onda, y por lo tanto suenan diferente unos de otros.
La velocidad del sonido.
Cuando sabemos que el sonido son ondas, podemos saber que la velocidad del sonido es la rapidez con que viajan éstas de un lugar a otro. Y como sabemos también que el sonido son vibraciones del medio en que se dispersa, sabemos que no hay una velocidad definida para el sonido, ya que depende de la facilidad en que se pueda propagar en el medio. Sabemos que el sonido viaja más rápido en sólidos que en líquidos, y más rapido en líquidos que en gases. Por ejemplo, viaja 15 veces más rápido en metal que en aire, y 4 veces más rápido en agua que en aire. Entonces, si es tan variable, a qué nos referimos cuando decimos que un jet "rompió la barrera del sonido"? Se dice que rompió la barrera del sonido cuando el jet ha acelerado al punto en que va más rápido que las ondas de sonido generadas por sus turbinas, generando un boom sónico.
La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 1220 km/h, lo que es igual a 340 m/s. Si la comparamos con la velocidad de la luz, 300,000,000 m/s, nos damos cuenta que la velocidad del sonido va a paso de caracol en comparación. Es por eso que vemos el rayo primero, y después escuchamos el trueno.
Todavía queda mucho que decir sobre el sonido y sus múltiples efectos y propiedades interesantes, pero lo dejaremos para entradas futuras, donde las iremos tratando con más detalle. Mientras tanto, comenten debajo con sus pensamientos acerca de éste fenómeno tan fascinante!
