Ondas sonoras, decibelios y el sonido más fuerte jamás registrado
La ecuación de ondas, cómo cambia la temperatura la velocidad del sonido, la escala logarítmica de decibelios y lo que nos dicen los registros del Krakatoa de 1883. Con un experimento de eco para medir la velocidad del sonido.
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El sonido es una onda de presión longitudinal: una perturbación de la materia que se transmite hacia fuera desde su fuente, formada por compresiones y rarefacciones. Como todas las ondas, cumple v = f·λ, donde v es la velocidad de la onda, f la frecuencia y λ la longitud de onda. El rango audible humano va aproximadamente de 20 Hz a 20 000 Hz.[1][2]
En el aire, la velocidad del sonido depende de la temperatura: v = 331 m/s × √(T / 273 K), con T en kelvin. A 20 °C (293 K) esto da unos 343 m/s. En agua dulce el sonido viaja a unos 1480 m/s y en el acero a unos 5960 m/s.[2]
El sonido necesita un medio. La mayor parte del espacio es prácticamente un vacío, así que las ondas sonoras no pueden viajar por él, aunque el gas caliente del interior de los cúmulos de galaxias es lo bastante denso para transmitir ondas de presión de frecuencia muy baja.[5]
La intensidad sonora se mide en la escala logarítmica de decibelios: β = 10·log₁₀(I / I₀), con I₀ = 10⁻¹² W/m² (el umbral de audición). Cada +10 dB significa 10 veces la intensidad: un sonido de 90 dB es 1000 veces más intenso que uno de 60 dB. Valores típicos: susurro 20 dB, conversación 60 dB, umbral del dolor 120 dB, avión a reacción a 30 m 140 dB; los tímpanos se rompen hacia los 160 dB.[3]
En agosto de 1883 explotó el volcán Krakatoa. Un barómetro de la fábrica de gas de Batavia, a unos 160 km, subió más de 2,5 pulgadas de mercurio, un pico de presión equivalente a más de 172 dB. En el barco Norham Castle, a unos 64 km, el capitán escribió que más de la mitad de su tripulación tenía los tímpanos destrozados.[4]
La explosión se oyó en la isla de Rodrigues, a unos 4800 km. Mucho después de que ya fuera demasiado débil para oírse, los barómetros de todo el mundo siguieron registrando la onda de presión mientras daba la vuelta al globo de tres a cuatro veces en cada sentido.[4]
Pruébalo: Mide la velocidad del sonido con un eco
Necesitas
- Una pared grande y plana (un edificio del colegio) con terreno despejado delante
- Una cinta métrica o una rueda de medir
- Dos bloques de madera para entrechocar
- Un cronómetro (o un móvil)
Seguridad
Elige un lugar alejado del tráfico. Mantén los dedos lejos de los bloques al golpearlos. No uses pistolas de salida ni nada explosivo.
Qué hay que hacer
- Colócate al menos a 50 m de la pared. Mide la distancia d hasta la pared.
- Golpea los bloques una vez y escucha el eco.
- Ahora golpea los bloques a un ritmo constante, de modo que cada golpe coincida exactamente con el eco del anterior. Practica el ritmo.
- Un compañero cronometra 20 golpes (empieza a contar en cero). Repite tres veces.
- Entre dos golpes, el sonido va hasta la pared y vuelve, una distancia de 2d. Tiempo por golpe t = (tiempo total) ÷ 20.
- Calcula v = 2d / t. Compáralo con 331 × √(T/273) para la temperatura del aire de hoy.
¿Qué pasa y por qué?
El método del eco usa un recorrido largo y muchas repeticiones para que los errores por el tiempo de reacción sean pequeños. Tu resultado debería quedar a menos de un 10 % de 340 m/s. El aire más caliente da una velocidad algo mayor, como predice v = 331·√(T/273 K).[2]
Juega: La escalera de decibelios
Coloca cada sonido, o cada cálculo, en el peldaño correcto de la escalera de decibelios. Recuerda: +10 dB es 10 veces la intensidad.
Tu mejor puntuación se guarda solo en este dispositivo. No se envía nada.
Cuestionario
Otras edades: 6–7 años · 10–11 años