Propagación del Sonido: Medios, Rapidez, Reflexión y Refracción en Física

Medios de Transmisión del Sonido

Los sonidos que percibimos se transmiten comúnmente por el aire, pero cualquier sustancia elástica, ya sea sólida, líquida, gaseosa o plasma, tiene la capacidad de propagar el sonido.

¿Qué es la Elasticidad?

La elasticidad es la propiedad inherente a un material que le permite cambiar de forma en respuesta a una fuerza aplicada y, posteriormente, regresar a su forma inicial una vez que dicha fuerza de distorsión es retirada. Por ejemplo, el acero es una sustancia altamente elástica, mientras que la masilla es inelástica.

En líquidos y sólidos elásticos, las moléculas se encuentran relativamente cerca entre sí y responden con rapidez a los movimientos relativos, transmitiendo energía con una pérdida mínima. Esta cercanía molecular explica por qué el sonido se propaga aproximadamente 4 veces más rápido en el agua que en el aire, y unas 15 veces más rápido en el acero que en el aire.

En comparación con los sólidos y los líquidos, el sonido no se propaga tan eficientemente en el aire. Si te sumerges en el agua y haces chocar unas piedras, escucharás el chasquido con gran claridad. Los líquidos y los sólidos cristalinos son, de hecho, conductores del sonido mucho más excelentes que el aire.

En resumen, la rapidez del sonido sigue un patrón claro:

• Es mayor en sólidos.
• Es intermedia en líquidos.
• Es menor en gases.

Es crucial recordar que el sonido no se propaga en el vacío, ya que requiere de un medio material para su transmisión. Sin un medio que pueda comprimirse y expandirse, las ondas sonoras no pueden existir.

Rapidez del Sonido en el Aire

El hecho de que escuchemos el trueno después de haber visto el destello del rayo es una clara demostración de que el sonido necesita un tiempo apreciable para propagarse de un lugar a otro.

La rapidez del sonido en el aire depende de diversas condiciones ambientales, tales como:

• El viento (dirección y velocidad).
• La temperatura del aire.
• La humedad ambiental.

Es importante destacar que todos los sonidos se propagan con la misma rapidez en un medio homogéneo y bajo las mismas condiciones. La rapidez del sonido en aire seco a 0ºC es aproximadamente de 330 m/s, lo que equivale a casi 1200 km/h.

El sonido se propaga con mayor rapidez en el aire cálido que en el aire frío. Esto se debe a que las moléculas del aire caliente poseen mayor energía cinética, chocan entre sí con más frecuencia y, en consecuencia, pueden transmitir un impulso en menos tiempo. Por cada grado Celsius de aumento de temperatura sobre 0ºC, la rapidez del sonido en el aire aumenta aproximadamente 0.6 m/s. Así, a 20ºC, el sonido se propaga a unos 340 m/s.

Reflexión del Sonido

El eco es el fenómeno resultante de la reflexión del sonido. La fracción de la energía que porta la onda sonora reflejada es considerablemente grande si la superficie es rígida y lisa, y es menor si la superficie es suave e irregular. La energía acústica que no es reflejada es contenida por la onda “transmitida”, es decir, es absorbida por la superficie.

El sonido se refleja en una superficie lisa de manera análoga a como lo hace la luz: el ángulo del sonido incidente es igual al ángulo del sonido reflejado.

En ocasiones, cuando el sonido se refleja en las paredes, el techo y el piso, las superficies reflectoras vuelven a reflejarlo múltiples veces. A estas reflexiones múltiples se les denomina reverberación. Si las superficies reflectoras son excesivamente absorbentes, la intensidad del sonido será baja y el recinto sonará “seco” o sin vida. En un auditorio o en una sala de conciertos, es fundamental encontrar un equilibrio óptimo entre la reverberación y la absorción para lograr una acústica adecuada.

El estudio de las propiedades del sonido, especialmente en relación con su propagación y control en espacios, se conoce como acústica.

Para optimizar la calidad sonora en recintos, es conveniente colocar superficies altamente reflectoras detrás del escenario, diseñadas para dirigir el sonido hacia la audiencia. Dado que el sonido y la luz obedecen a la misma ley de reflexión, si se orienta un reflector para poder ver claramente un determinado instrumento musical, también se podrá escuchar con mayor claridad. Las placas de plástico suspendidas sobre la orquesta son un ejemplo práctico, ya que reflejan tanto la luz como el sonido, facilitando su ajuste para una experiencia audiovisual coherente.

Refracción del Sonido

Las ondas sonoras se desvían cuando algunas partes de sus frentes de onda viajan a distintas rapideces. Este fenómeno ocurre en diversas situaciones, como:

• En presencia de vientos erráticos.
• Cuando el sonido se propaga a través del aire a distintas temperaturas.

A esta desviación de las ondas sonoras se le denomina refracción.

Por ejemplo, en un día cálido, el aire cercano al suelo puede estar más caliente que el aire a mayor altura, lo que provoca un aumento en la rapidez del sonido cerca del suelo. En estas condiciones, las ondas sonoras tienden a curvarse y apartarse del suelo, haciendo que el sonido no parezca propagarse bien a distancia. Las diferencias en la rapidez del sonido en un medio no homogéneo son la causa fundamental de la refracción.