Velocidad de la onda viajera

Published On Jun-20-2020

Transcripción

Cuando ocurre una tormenta eléctrica percibimos que el destello de un rayo antecede al sonido del trueno, lo cual indica que el sonido tarda más tiempo en recorrer la misma distancia que la luz del relámpago. Si hacemos repicar un celular dentro de una cámara de vacío observamos que, si se ha extraído el aire contenido en la cámara, el celular no se oye, aunque se pueda ver cualquier indicador luminoso señalando la presencia de una llamada. Al realizar estas observaciones, debemos preguntarnos, ¿qué relación existe entre estos dos fenómenos.

Las ondas de sonido requieren de un medio elástico para propagarse, sin la presencia de este medio, no se pueden propagar. De ser así, podríamos escuchar el sonido producido por las estrellas y galaxias lejanas, lo cual no ocurre. Todos los materiales no propagan el sonido a la misma velocidad, ya que la velocidad de propagación depende de dos características:

1. Primero, la elasticidad del material, caracterizada por un parámetro llamado “módulo de elasticidad”. El módulo de elasticidad mide el cambio del volumen de un material cuando se produce un incremento de presión sobre él, y está definido por la siguiente expresión:

Figura 3.12. Módulo de elasticidad

El cambio de presión está expresado por la cantidad $ \Delta p $ y el cambio de volumen está expresado por $ \frac{\Delta V}{V} $. El módulo de elasticidad se mide en unidades de presión y el signo negativo en la definición es para garantizar un valor positivo de B, ya que el cambio de volumen será siempre opuesto en signo al cambio de presión. Es decir, cuando un cuerpo se comprime con un aumento de presión su volumen disminuye y viceversa. Cada material tiene un módulo de elasticidad diferente.

2. Segundo, la otra magnitud física de influencia en la velocidad es la densidad $ \rho $ del material. Mientras más denso sea el material, mejor será la propagación del sonido en relación a materiales menos densos.

La velocidad del sonido se obtiene a partir de las leyes de Newton y de razonamientos asociados a ella, obteniéndose una expresión para la velocidad del sonido dada por:

Figura 3.13. Velocidad del sonido

La velocidad del sonido varía para diferentes materiales, tal como se muestra en la siguiente tabla.

Figura 3.14. Tabla de velocidades

Hemos aprendido que las ondas sonoras se mueven con diferentes velocidades dependiendo de la elasticidad del medio caracterizado por su módulo de elasticidad y de su densidad. Si conocemos estos valores, seremos capaces de calcular, de manera sencilla, la velocidad de las ondas sonoras en un determinado medio.

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