Pensamos en el sonido como algo que oímos -algo que hace ruido.
Pero, en términos de física pura, el sonido es una vibración que pasa por la materia.
La forma en que una vibración “pasa por la materia” es en la forma de una onda de sonido. Cuando se piensa de las ondas sonoras, es probable que ocurra algo muy similar a esto:
Pero no es así como funcionan las ondas de sonido, una onda transversal, es donde cada partícula individual se mueve hacia arriba y hacia abajo para crear una situación de serpiente, como la que vimos en el ejemplo de arriba, pero, una onda de sonido se parece más al movimiento de una lombriz de tierra:
Al igual que una lombriz de tierra, una onda de sonido se mueve por la compresión y descompresión. Esto se conoce como una onda longitudinal.
El sonido comienza con una vibración de algún tipo, creando una onda longitudinal a través de la materia.
Mira esto:
Esa es la representación gráfica del sonido, en esta animación, la onda de sonido es generada por esa barra gris que vibra a la izquierda. La barra puede representar tus cuerdas vocales, una cuerda de guitarra, o una cascada golpeando continuamente hacia abajo en el río. Al observar los puntos rojos, se puede ver que a pesar de que la onda se mueve en una dirección, cada partícula individual sólo se mueve hacia atrás y adelante, imitando la vibración de la barra gris.
Así que en lugar de una onda de serpiente con curvas, el sonido es una presión de onda. Así que cuando vea una ilustración en forma de serpiente de una onda de sonido, se está refiriendo a la medida de la presión, no la ruta de acceso literal del movimiento de las partículas:
Las ondas sonoras pueden ir a través del aire, que es como normalmente lo experimentamos, pero también puede ir a través del líquido o de materia tan sólida como la sacudida que tiene lugar durante un terremoto, ese es el resultado de una enorme onda de sonido zumbando a través de la tierra.
¿Qué hay de la velocidad del sonido? Bueno, depende de lo rápido que la onda de presión pueda moverse en un medio específico, un medio que es más fluido, como el aire, es altamente compresible, por lo que toma más tiempo para que la ola deje de moverse, mientras que el agua es mucho menos compresible, por lo que hay menos “dar” para frenar la ola hacia abajo.
Así que tiene sentido que la velocidad del sonido en el aire (768 mph / 1.234 kilómetros por hora en condiciones normales) es aproximadamente cuatro veces más lenta que la velocidad del sonido en el agua, que en sí es alrededor de cuatro veces más lenta que la velocidad del sonido a través de un sólido, como el hierro.
Las orejas son una innovación evolutiva que nos permite registrar las ondas sonoras en el aire que nos rodea, y los procesa como información, sin orejas, la mayoría de las ondas sonoras serían imperceptibles para el ser humano ya que sólo los sonidos más altos se registran como una vibración sentida en nuestra piel.
Los oídos nos dan una capacidad mágica para detectar ondas sonoras, incluso ondas leves en una manera tan matizada, por lo general nos puede decir exactamente de donde el sonido viene y cuál es el significado, y nos permite hablar.
¿Te has detenido a pensar en lo increíble que es hablar?
La próxima vez que estés hablando con alguien, quiero que pares un momento y pienses acerca de lo que está pasando.
Tu cerebro tiene un pensamiento, que se traduce en un patrón de ondas de presión, a continuación, tus pulmones envían el aire fuera de tu cuerpo, pero como se hace eso, vibran las cuerdas vocales en (apenas) la manera correcta y se mueve la boca y la lengua en la forma correcta en el momento en que el aire sale.
El código en el aire que luego se extiende a todos los alrededores, del cual, un poco termina en el oído de tu amigo, pasando por su tímpano y cuando lo hace, vibra su tímpano de una manera tal como para transmitir el código.
Las vibraciones del tímpano se transmiten a través de tres diminutos huesos y en un pequeño saco de líquido, que luego transmite la información en impulsos eléctricos y los envía hasta el nervio auditivo y en el cerebro, donde se decodifica la información. Lo más increíble de todo esto, es que sucede en un octavo de segundo, sin ningún esfuerzo por parte de ninguno de los dos ¡Hablar es un milagro!
El Tono
El tono es todo acerca de la longitud de la onda:
Cuanto más corta es la longitud de la onda, mayor es el terreno de juego.
Los seres humanos pueden oír frecuencias tan bajas como 20 Hz y tan alto como 20.000 Hz, a medida que uno envejece, pierde su capacidad para oír los más altos lanzamientos, así que la mayoría de ustedes probablemente no oye nada cuando se escucha a las frecuencias se acercan a 20.000 Hz (tu perro va a estar en desacuerdo con esto).
El Volumen
El volumen de un sonido está determinado por la amplitud de las ondas de presión.
En la animación de arriba, los sonidos de alto y bajo tono representados, tienen el mismo volumen, debido a que las curvas de presión en la parte inferior de la animación son del mismo tamaño.
Los sonidos más fuertes tienen una oscilación más grande entre las secciones de alta y baja presión de los sonidos fuertes, es decir olas, tienen una mayor presión alta y partes de presión más bajas que los sonidos suaves.
La escala se detiene en 194, porque no hay tal cosa como un sonido más fuerte en la superficie de la Tierra. Pero podemos ir más allá de aquí en dos formas:
1) Las Ondas de Choque:
Cuando un número suficiente de energía es liberada para pasar la baliza 194 dB, es demasiado para crear una presión sostenida de onda, ya que hemos tocado fondo en la presión, pero sucederán ciertas cosas, cosas muy, muy intensas.
A 194 dB, hay una alternancia llegando al máximo de la onda entre el doble de la presión normal y un total de vacío, pero una vez que llegamos a 195 dB, la energía deja de moverse a través del aire y comienza a empujar el aire hacia afuera con un vacío en la expansión.
Cuantos más decibelios por encima de 194 hay, mayor será el alcance, se expande hacia el exterior como un rápido crecimiento de media esfera, así:
En el borde de la burbuja hay una barrera de gas super-comprimido, y cuando esta barrera barre sobre la tierra, por lo general se aplana con todo lo que haya en su camino:
A medida que se expande el hemisferio, pierde energía y finalmente se disipa. Pero si se encontrara en el camino de una onda de choque antes de que sucediera, tendría un mal momento.
En primer lugar, el impacto de la barrera súper comprimido sería como golpear una pared de ladrillos (de la misma manera y por la misma razón que caer en el agua de un puente alto es como caer en el concreto).
En segundo lugar, el aire comprimido es caliente.
En tercer lugar, no sería simplemente golpear todas las partes de su cuerpo, que iría a través de su cuerpo, y si fuera lo suficientemente potente, podría convertir tus huesos en polvo y tus órganos a la sopa.
Aquí están algunos famosos eventos 194dB +:
Saturno V del lanzamiento:
El Saturno V era una bestia, y las ondas de sonido de sus lanzamientos fueron tan intensas que se podría fundir el hormigón a una milla de distancia, incluso a tres millas de distancia, un observador experimentaría 135 dB de sonido, sería ensordecedor.
Los lanzamientos de cohetes crean un sonido tan potente, que las agencias espaciales inundan el área de ejecución con agua para absorber el sonido.
La erupción del volcán Krakatoa 1883:
Krakatoa es una isla en Indonesia, y la erupción ocurrió el 27 de agosto, 1883.
La erupción aniquiló por completo la isla, envió una enorme cantidad de escombros a 17 millas (27 km) hacia el cielo a la mitad de una milla por segundo. También causó uno de los más mortíferos tsunamis y de mayor alcance de la historia. En total, la erupción mató a 36.000 personas.
Pero lo más sorprendente de la erupción era su sonido. Fue sin duda el sonido más fuerte en la Tierra en la historia moderna.
Era tan fuerte que la onda de choque se extendió lo suficiente como para romper los tímpanos de los marineros a 40 millas de distancia.
100 millas de distancia, el sonido seguía siendo de 172 dB, lo suficiente como para destruir permanentemente los oídos de alguien o incluso matarlos. Donde quiera que estés, piensa en un lugar que esté alrededor de 100 millas (161 km) de distancia de ti, ahora imagina algo que suceda allí, que provoca un sonido tan fuerte que puedas escucharlo donde tu estás, como si estuviera ocurriendo directamente en tu oído. A modo de comparación, el sonido del lanzamiento Saturno V fue a 170 dB a 100 metros de distancia. Krakatoa fue mayor que 100 millas de distancia.
El sonido quebró un muro de hormigón a 300 millas (483 km) de distancia.
El sonido se escuchó hasta el final en Australia (donde sonaba como una bala de cañón distante) e incluso tan lejos como la isla de Rodrigues, 3.000 millas de distancia.
Por último, ¿Conoces el famoso cuadro El grito? Bueno, ya sabes por qué el cielo es todo rojo, el cielo es de color rojo debido a que el pintor Edvard Munch, se inspiró para pintar después de ver los cielos rojos causados por Krakatoa en todo el hemisferio occidental en el año después de la erupción.
2) Otros Medios
No puede ser más fuerte el sonido de 194 dB, no sólo en la superficie de la Tierra, no puede haber sonidos más fuertes en el mar, en la tierra, o en otros planetas.
Los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, por ejemplo, tienen atmósferas más densas que la de la Tierra, que permiten amplitudes de las ondas de presión más altos, y con vientos muy rápidos y fuertes tormentas, hay un montón de oportunidades para hacer las cosas en voz alta.
Probablemente has escuchado el término “sonido no viaja en el vacío”, pero tiene sentido ahora, ¿verdad?
El sonido son ondas de presión a través de la materia. Si no hay materia, no hay sonido.
Un último pensamiento.
Al investigar para este post y aprender acerca de lo que es el sonido me dio una nueva perspectiva sobre un árbol que cae en un bosque sin nadie allí para oírlo, pero ahora pienso que no, que no hay ruido. Se hace una onda de presión de aire y eso es todo.
El concepto de sonido es, por definición, la percepción de la presión de un ser biológico de onda y si no hay oídos alrededor para percibir la onda de presión, no hay sonido. Es un poco como preguntar: “Si los humanos se extinguen, y en algún lugar entre los escombros post-apocalíptico, hay una foto de una bella mujer ¿Sería todavía hermosa?
Yo como que no creo que lo sea. Debido a que la única cosa que es hermosa de ella es que los seres humanos encuentran su apariencia hermosa y sin humanos, ella no es más bella que el escarabajo hembra a unos pocos pies de distancia, hurgando entre los escombros ¿Cierto?.
Texto de Tim Urban
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