Ondas Sonoras: Generalidades

Una onda sonora es una onda mecánica y longitudinal, es decir una perturbación de un medio (sólido, líquido o gaseoso) en la cual la dirección de vibración de las partículas es paralela a la dirección de propagación de la onda.

Las funciones de las ondas sonoras puras y sinusoidales se pueden expresar de la misma manera que hemos estudiado anteriormente, ya sea mediante una onda de desplazamiento de la forma

S = S₀.sen (kx ± wt)

o una onda de cambio de presión de la forma

DP = DP₀. sen (kx ± wt + p/2)

Velocidad de las Ondas Sonoras:

Las ondas sonoras pueden propagarse por líquidos, sólidos y gases.

(i) En los sólidos y líquidos, su velocidad se determina así:

siendo B una constante denominada "módulo de elasticidad del medio" y  r su densidad.
La siguiente tabla de valores puede darte una idea del valor de B en algunos medios corrientes:

Nota que el valor de B es grande en el agua (donde el sonido se propaga muy bien y muy lejos), pero aún más en el acero. Esto significa que al golpear un caño metálico, por ejemplo, el sonido se propaga rápidamente por él. Esto suele hacerse cuando ocurren accidentes en las minas.

(ii) En los gases, la velocidad del sonido se determina así:

siendo R la constante de Regnault, cuyo valor es R = 8,31 J/molK. T la temperatura en kelvin, M la masa molar del gas (que depende del gas y se puede obtener usando la tabla periódica) y g (gamma) una constante de los gases, que depende del tipo de gas que se trate. La tabla siguiente te da una idea del valor de esa constante:

Observa que el valor de gamma depende del tipo de gas que se trate. Los dos primeros tienen un átomo en su molécula (gases monoatómicos) y gamma vale 1,67. Los tres siguientes tienen dos átomos en la molécula (diatómicos) y gamma vale 1,40. Los tres últimos tienen tres o más átomos por molécula (poliatómicos) y gamma vale 1,31 aproximadamente.

(iii) El caso del aire

El aire no es un gas sino una mezcla de gases, fundamentalmente nitrógeno y oxígeno, que son dos gases diatómicos. Por ello, gamma = 1,40 en el aire. Además, la masa molar del aire vale M = 0,0289kg/mol, valor que nos es útil para hallar la velocidad del sonido en el aire a diferentes temperaturas.

Para pasar de grados Celsius a kelvin recuerda que:

K = C + 273