viernes, 27 de mayo de 2016

CON LA OREJA PEGADA A LA VÍA DEL TREN

Lo hemos visto cientos de veces en las películas de indios y vaqueros. Un sioux se bajada del caballo y pega su oreja a la vía del tren. Ya sabe si el tren está más o menos cerca... Solo es cuestión de esperar.

Todos sabemos que el sonido se propaga mejor por materiales sólidos que por materiales líquidos o gaseosos. Todos hemos probado, o nos han contado, que para escuchar una conversación al otro lado de la pared lo mejor es colocar un vaso entre ella y nuestra oreja. ¿Quién no ha jugado con un teléfono construido con dos vasitos de yogurt y un hilo largo?... Todo se basa en la misma explicación física.

Para intentar explicar por qué ocurre esto, veamos este vídeo:


Parece que el vídeo es bastante ilustrativo de por qué hacían eso los indios. Como escuchamos en él, el sonido se propaga mejor en la mesa de madera (la vía metálica del tren en el caso de los indios) que en el aire. Pero no solo se oye mejor un sonido en un medio sólido (madera, metal,...) que en un medio gaseoso (aire), además se propaga más rápido. Esta mayor velocidad de propagación tiene que ver con el grado de cohesión de las partículas. A mayor grado grado de cohesión, mayor velocidad de propagación. Por ello la velocidad de propagación del sonido en un medio sólido como el aluminio es mayor que en el agua, y a su vez, ésta es mayor que en el aire:

velocidad (aluminio) = 6400 m/s
velocidad (agua) = 1490 m/s
velocidad (aire) = 343 m/s

El sonido es una onda material (o mecánica), eso significa que necesita de un medio físico para su propagación. De ahí la importancia del medio empleado para propagar el sonido. En general, una onda es una perturbación que se propaga. En el caso de las ondas materiales como el sonido, el medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda. La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio con una velocidad constante (si hoy cambios en el medio de propagación como temperatura, densidad,...). Por lo tanto, para la propagación del sonido será mejor un medio con gran número de partículas por unidad de volumen (estado sólid0) que otro con pocas (estado gaseoso).

Es importante recordar que una onda transporta energía pero no transporta materia, es decir, las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

Pero sigamos con el sonido y los sólidos. Fíjate en el siguiente vídeo:



Lo que ocurre parece simple (y sorprendente). Cuando tomamos una barra de metal por su centro y la frotamos, se empieza a producir un estridente sonido. La pregunta de siempre es ¿Por qué?... La razón es que todo material tiene una frecuencia de vibración natural. Al coger la barra de aluminio y deslizar nuestros dedos por ella se crean vibraciones longitudinales (ondas) en ella. Las ondas viajan hasta el extremo de la varilla y se transmite la vibración a las moléculas que forman el aire que rodea la barra. Esta vibración longitudinal de las moléculas que están presentes en el aire es el sonido que escuchamos. La forma simple de demostrar que la barra vibra es tocar su extremo. En cuanto la tocamos deja de vibrar, y por tanto, deja de producirse sonido.


Sin embargo, esto es sólo una parte de la historia. Algunas de las vibraciones que viajan hacia el extremo de la barra de aluminio se reflejan. Las ondas reflejadas vuelven en la dirección opuesta, hacia los dedos. En su camino de regreso chocan con ondas similares creadas por los dedos. Las ondas pueden interferir ya sea constructiva o destructivamente, dependiendo de la forma en que se encuentran. Los puntos en donde las ondas interfieren destructivamente se llaman nodos. Aquí, las ondas se anulan entre sí, y por tanto, no hay vibración. Los puntos en los que la varilla está vibrando se llaman los antinodos. Aquí, las ondas interfieren de manera constructiva y se suman para crear ondas más grandes. Por cierto, cuando se toma la varilla por el centro, se crea un nodo en ese punto al impedir que vibre.

Como también se puede observar en el vídeo, en función de la longitud de la varilla, el sonido cambia. Cuanto más larga es la varilla, la frecuencia natural es más baja y el sonido es más grave.



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