La Física Como Ciencia Del Sonido

Hablar del sonido puede ser algo que muchos ni siquiera se hayan preguntado. Hablamos de cómo lo percibimos, porque sabemos que los animales los usan para comunicarse o para atraer a sus presas. Una cosa es la definición física del sonido, y otra la sensación fisiológica. Un murciélago es capaz de detectar, capturar y tragar muchísimos insectos mientras vuela en la obscuridad. Esto pasa porque emite ondas y él se deja llevar por el eco, que, al rebotar con el insecto, lo detecta y reconoce dónde está. Estas ondas son de frecuencia superalta y el oído humano no las puede percibir. El ser humano es el único animal que hace sonidos combinados, por eso la capacidad de los mensajes no tiene límites. Pero ¿cómo viaja el sonido a través del aire? ¿Viaja también por otros elementos como el agua o la tierra? ¿Viaja tan rápido como la luz? Estas respuestas las da la física. La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata de la propagación de las ondas sonoras y de su interacción con los cuerpos físicos. La acústica física se encarga del análisis de los fenómenos sonoros mediante modelos físicos y matemáticos mientras que la psicoacústica se encarga del estudio de las sensaciones evocadas por los sonidos y sus diversos parámetros. En este escrito exploraremos las explicaciones físicas.

Pero ¿qué es la física? La física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía y establece las leyes que explican los fenómenos naturales. ¿Y qué es el sonido? El sonido es una forma de onda. Es una sensación o impresión producida en el oído por un conjunto de vibraciones que se propagan por un medio elástico, como el aire.

El sonido se puede propagar por todo tipo de materia, gaseoso, sólido, líquido. Se mueve más rápido en sólido, después en líquido, después gas. La razón por la que se mueve más rápido en un sólido es porque uno de los factores que afecta la velocidad del sonido es la densidad de la materia. Ya que en un gaseoso las partículas están más apartadas, pues entonces el sonido viaja a través de esas partículas, y se tarda mas en llegar de partícula en partícula.

Otro factor que afecta la velocidad del sonido es la temperatura. Mientras más calor, más rápido se mueven las partículas; mientras más frio, más lentas se mueven. Por esa es la razón que el agua se congela. El movimiento de las partículas afecta la velocidad del sonido, mientras más baja la temperatura, más lento se mueve el sonido. Un ejemplo de esto puede ser explicado por la serie llamada ‘’Flash’’. Flash es un superhéroe que logra exceder la velocidad del sonido corriendo. En la serie, uno de los enemigos que más problemas le da es “Capitán Frío”. Este personaje tiene una pistola con la habilidad de llegar a temperaturas extremadamente bajas, haciendo que ‘’Flash’’ redujera velocidad y no pueda ir a su velocidad máxima. Claro está, esto es una serie ficticia, y no se puede usar como una fuente de información válida, pero tienen una forma muy buena de aplicar y explicar las leyes de física y no se alejan de la realidad.

Es raro, el sonido se mueve más lento en temperaturas bajas, pero, llega más lejos. La onda sonora llega más lejos en temperatura baja. ¿Cómo eso es posible? En un día frío, siempre tiende a haber una capa de aire más caliente. Y se encuentra por encima del aire más frío más cercano a la tierra. La onda sonora normalmente iría en todas las direcciones, pero la onda es refractada (bloqueada) por el aire caliente y devuelta a la tierra. Ya que son opuestos, un medio lento (aire frío) a un medio rápido (aire caliente), se desvía básicamente rebotando a la tierra de nuevo. Así que se escucha más alto y podrías escuchar, por ejemplo, el tráfico de más lejos en temperaturas bajas.

Existen muchos mitos sobre el sonido. Una pregunta muy común es, ¿si algo explota en el espacio, hace sonido? La respuesta es que sí. El sol, es una explosión, una explosión inmensa, continua, más grande de lo que podemos imaginar, pero no la escuchamos. ¿Por qué? Claro, hace sonido, pero no hay nada que pueda cargar el sonido para que lo podamos escuchar, en un vacío no están las moléculas para que un sonido viaje del sol hacia la tierra. Otra pregunta muy común es si pudieras gritar en el espacio. Bueno, fuera muy difícil lograr soltar un grito antes de que tu sangre hierva, tus pulmones sean aplastados completamente, etc., pero digamos que echamos todo eso a un lado, ¿fuera posible? Claro, podrás gritar y posiblemente se propague muy, muy poco, pero no hay las suficientes partículas para que el sonido viaje, mucho menos ser escuchado por alguien más. Así que, tristemente, las peleas laser en ‘’Star Wars”, fueran muy silenciosas.

Cuando hablan de la velocidad del sonido hablan de ella como si fuera constante, cuando, como hablamos anteriormente, no lo es. Pero en realidad, la velocidad del sonido no es nada sorprendente. No es realmente rápido, en comparación, si vamos a comparar la luz con el sonido. A una temperatura de 68 °F, la velocidad del sonido es 767 millas por hora. La velocidad de la luz en un vacío es 186,282 millas por segundo. Es algo incomprensible, a la velocidad de la luz se le puede ir alrededor al planeta Tierra un total de 7.5 veces en un segundo. Y con el sonido, literalmente se puede ver el retraso con un simple trueno. Vemos cuánto se tarda en llegar el sonido del trueno después de ver un relámpago. Teniendo en cuenta que un relámpago es sólo un tercio de la velocidad de la luz. ¡Eso lo hace más sorprendente aún! Es increíble cuán grande es la diferencia.

En conclusión, la física del sonido es un poco compleja. Pero es interesante tenerla en mente. Hay muchas cosas que uno tal vez no entienda al principio, pero todo tiene su lógica. En mi opinión, lo más sorprendente es la diferencia entre la luz y el sonido. Es algo que uno nunca se imaginaría, ya se sabe que existen ‘’jets’’ que van más rápido que el sonido, o cohetes, y eso se mide con la medida llamada Mach. Por ejemplo, Mach 2, es dos veces la velocidad del sonido; Mach 3, es tres veces la velocidad del sonido y por ahí sigue. Pero es imposible llegar a la velocidad de la luz. Aunque sería fascinante, nos tendremos que conformar con lo que tenemos.