La vibración o el ruido que pasa a través de algún medio se denomina sonido . Viaja moviendo la energía de una molécula a la siguiente y se puede escuchar rápidamente cuando entra en el oído de una persona. Por ejemplo, cuando un objeto vibra, pasa energía a las partículas circundantes, lo que hace que también vibren. Dado que no hay partículas que sirvan como medio, el sonido no puede moverse a través del vacío. El sonido solo puede fluir a través de un medio como agua, aire o sólido. Hablaremos sobre las ondas sonoras y la velocidad de la fórmula del sonido en este artículo. ¡Empecemos!
¿Qué es una onda de sonido?
El sonido es una onda que viaja como ondas longitudinales a través del aire y los líquidos, pero como ondas tanto longitudinales como transversales a través de los sólidos. La intensidad a la que se propaga una onda de sonido está determinada por las propiedades del medio en el que viaja. Su velocidad es independiente de las características de la onda o de la fuerza que la produce.
Su distribución en un medio puede usarse para investigar algunas de las propiedades del medio. La velocidad del sonido se define como la distancia recorrida por unidad de tiempo por una onda de sonido que se propaga a través de un medio elástico. La velocidad del sonido en un medio dado está determinada por su densidad y elasticidad. Según la mecánica, cuanto mayor es la velocidad del sonido, mayor es la elasticidad y menor la masa. Por lo tanto, la velocidad del sonido es máxima en sólidos y mínima en sólidos.
Velocidad del sonido
Las ondas sonoras viajan a través de un medio contrayendo y expandiendo las partes del medio a medida que viajan. La velocidad del sonido se define como la distancia recorrida por cualquier sonido por unidad de tiempo. Aprendamos ahora cómo calcular la velocidad del sonido en diferentes medios en la siguiente sección. La propagación dinámica de las ondas sonoras se conoce como la velocidad del sonido.
Esto está determinado por las propiedades del medio en el que se produce la transmisión. El término “ velocidad del sonido ” se refiere a la velocidad de las ondas sonoras en un medio elástico. Por lo tanto, la velocidad del sonido define qué tan rápido puede propagarse en algún medio. La velocidad depende del medio. La velocidad del sonido se mide de la siguiente manera:
Ya que, la fórmula general para calcular la velocidad es:
Velocidad = Distancia / Tiempo
Además, se sabe que en cualquier punto de la onda recorre una distancia λ en el tiempo T.
Por lo tanto, la velocidad es:
v = λ / T
= λf (Ya que, la frecuencia f = 1 / T)
Factores que afectan la velocidad del sonido
La velocidad del sonido se ve afectada por dos factores:
- Densidad del medio: existe la necesidad de un medio para que las ondas de sonido viajen, y se supone que la densidad del medio es una de las influencias de las que depende la velocidad del sonido. Cuando el medio es espeso, las moléculas del medio están muy apretadas, lo que hace que el sonido se propague más. Como resultado, a medida que aumenta la densidad del medio, también lo hace la velocidad del sonido.
- Temperatura del medio: La temperatura del medio y la frecuencia de las ondas sonoras son estrictamente proporcionales. Como resultado, a medida que aumenta la temperatura, también lo hace la velocidad del sonido.
Velocidad del sonido en el aire
La velocidad del sonido es un parámetro importante en muchos campos de la física. La distancia recorrida por unidad de tiempo por una onda de sonido que se propaga a través de un medio se denomina velocidad del sonido.
A 20 °C, la velocidad del sonido en el aire es de 343,2 m/s , lo que corresponde a 1.236 km/h . A este ritmo, el sonido viajará una milla en alrededor de cinco segundos. El sonido viaja 4 veces más rápido en el agua (1482 metros por segundo) y alrededor de 13 veces más rápido a través del acero (4512 metros por segundo).
Velocidad del sonido en diferentes medios
La velocidad del sonido depende de las propiedades del medio a través del cual viaja. La velocidad del sonido disminuye cuando pasamos de un estado sólido a un estado gaseoso. En cualquier medio, a medida que aumentamos la temperatura, aumenta la velocidad del sonido.
Las ondas de sonido son ondas mecánicas que solo pueden atravesar la materia. El medio es la materia por donde pasan las ondas. La siguiente tabla muestra la velocidad del sonido en varios medios. En general, las ondas de sonido vuelan más rápido a través de los sólidos, luego los líquidos y finalmente los gases. En los gases, la velocidad del sonido es igual a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta (medida en Kelvin), pero no se ve afectada por la frecuencia de la onda de sonido, la tensión o la densidad del medio. Sin embargo, ninguno de los gases que encontramos en la vida cotidiana son gases ideales y, como resultado, sus propiedades varían ligeramente.
| Velocidad del Sonido en Diferentes Medios a 25 ºC | ||
| Estado | Sustancia | Velocidad (en m/s) |
| Sólidos | Aluminio | 6420 |
| Níquel | 6040 | |
| Latón | 4700 | |
| Hierro | 5950 | |
| Líquidos | agua (mar) | 1531 |
| Agua (destilada) | 1498 | |
| Etanol | 1207 | |
| metanol | 1103 | |
| gases | Hidrógeno | 1248 |
| Helio | 965 | |
| Aire | 346 | |
| Oxígeno | 316 | |
- Velocidad del Sonido en Sólido: El sonido no es más que una vibración provocada por colisiones de partículas; una molécula choca con la siguiente, y así sucesivamente. Los sólidos son mucho más densos que los líquidos o los gases. Esto sugiere que en los sólidos, las moléculas están más cerca unas de otras que en los líquidos, y en los líquidos, las moléculas están más cerca unas de otras que en los gases. Debido a su proximidad debido a la masa, chocarán muy fácilmente. Se necesita menos tiempo para que una molécula estable colisione con su molécula vecina. Debido a esta ventaja, la velocidad del sonido en un sólido es mayor que la de un gas. La velocidad del sonido en sólido es de 6000 m/s, mientras que la velocidad del sonido en acero es de 5100 m/s. Otro descubrimiento fascinante sobre la velocidad del sonido es que el sonido se mueve 35 veces más rápido en los diamantes que en el aire.
- Velocidad del sonido en líquido: la densidad de un líquido es mayor que la densidad de un gas. Como resultado, las distancias entre las moléculas en los líquidos son mayores que en los sólidos pero menores que en los gases. Como resultado, la velocidad del sonido en los líquidos es intermedia entre las velocidades del sonido en los sólidos y los gases.
- Velocidad del sonido en gas: cuando el sonido se acerca a un líquido o sólido, la velocidad del sonido es independiente de la densidad del medio. Dado que los gases se expanden para llenar un vacío dado, su densidad es muy uniforme independientemente del tipo de gas. Obviamente, este no es el caso de los sólidos y los líquidos.
- Velocidad del sonido en el agua: La velocidad del sonido en el agua supera a la del aire. Alternativamente, el sonido se mueve más rápido en el agua que en el aire. En el agua, la velocidad del sonido es de 1480 m/s. También vale la pena señalar que la velocidad del agua purificada oscilará entre 1450 y 1498 m/s, mientras que la velocidad del agua de mar oscila entre 1531 m/s mientras la temperatura esté entre 20 °C y 25 °C.
- Velocidad del sonido en el vacío: dado que no hay partículas en el vacío, la velocidad del sonido es cero metros por segundo. Cuando existen iones para la propagación de estas ondas sonoras, estas vuelan a través de un medio. Las ondas de sonido no se propagan en el vacío ya que es un espacio vacío.
Problemas de muestra
Problema 1: Se escucha un eco después de 4 s. ¿Cuál es la distancia de la superficie reflectante a la fuente dado que la velocidad del sonido es de 284 m/s?
Solución:
Dado,
Velocidad del sonido (v) = 284 m/s y
El eco regresa en el tiempo (t) = 4 s
Por lo tanto,
La distancia recorrida por el sonido:
re = v × t
= 284 m/s × 4 s
= 1136 metros
Dado que el sonido tiene que viajar una distancia que es el doble de la distancia de la superficie reflectante y la fuente.
Por lo tanto, la distancia de la superficie reflectante a la fuente,
profundidad = 1136 m / 2
= 568 metros
Problema 2: Una persona aplaudió cerca de un acantilado y escuchó el eco después de 3 s. ¿Cuál es la distancia del acantilado a la persona si la velocidad del sonido se toma como 348 m/s?
Solución:
Dado,
Velocidad del sonido, v = 348 m/s y
Tiempo de escucha del eco, t = 3 s.
Distancia recorrida por el sonido,
re = v × t
= 348 m/s × 3 s
= 1044 metros
En 2 s el sonido tiene que recorrer el doble de la distancia entre el acantilado y la persona.
Por lo tanto, la distancia entre el acantilado y la persona,
profundidad = 1044 m / 2
= 522 metros
Problema 3: Explique cómo se pueden detectar los defectos en un bloque de metal usando ultrasonido.
Solución:
Las ondas de ultrasonido tienen una alta frecuencia. Pueden viajar en medios incluso con obstáculos. Las ondas ultrasónicas se pueden transmitir a través de un bloque de metal, si hay un defecto, su velocidad cambiará debido al defecto o la onda se reflejará completamente y será detectada por el detector. Si no se encuentra ningún defecto, el sonido sale a la velocidad esperada.
Problema 4: Una onda de sonido tiene una frecuencia de 4 kHz y una longitud de onda de 35 cm. ¿Cuánto tardará en recorrer 2,5 km?
Solución:
Dado,
Frecuencia (ν) = 4 kHz = 4000 Hz
Longitud de onda (λ) = 35 cm = 0,35 m
Lo sabemos,
La velocidad de la onda = longitud de onda × frecuencia
v = λ ν
= 0,35 m × 4000 Hz
= 1400 m/s
El tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia de 2,5 km,
t = 2500 / 1400
=1,78 s
Así, el sonido tardará 1,78 s en recorrer una distancia de 2,5 km.
Problema 5: Un cuerpo vibra 48000 veces en un minuto. Si la velocidad del sonido en el aire es de 360 m/s, encuentre:
(a) Frecuencia de vibración en hercios,
(b) Longitud de onda de la onda producida.
Solución:
(a) Dado,
Número de vibraciones en un minuto = 48000
Número de vibraciones en un segundo = 48000/60 = 800 Hz
Por lo tanto, Frecuencia (f)= 800 Hz
(b) Dado,
Velocidad de la velocidad en el aire (v) = 360 m/s
Frecuencia (f) = 800 Hz
v = f λ
o λ = v / f
= 360 / 800
= 0,45 metros
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por sushmanag73 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA