¿Por qué el sonido viaja más rápido en el agua? (Venezuela) | ORBITECH

¿Por qué el sonido vuela más rápido bajo el agua?

El sonido es una onda mecánica que necesita un medio (sólido, líquido o gas) para propagarse, como el rumor en el mercado de Maracaibo.
Piensa en el sonido como un rumor: en el aire se arrastra, en el agua vuela.
En el agua, las moléculas están más juntas que en el aire, lo que permite que la vibración se transmita más rápido.
Imagina empujar un carro vacío vs uno lleno: el vacío se mueve más rápido con el mismo empujón.
La velocidad del sonido en el agua es ~1482 m/s (a 20°C), mientras que en el aire es solo ~343 m/s (a 20°C). ¡Casi 4 veces más rápido! $v_{a g u a} \approx 1482 m/s, v_{a i r e} \approx 343 m/s$
En Los Roques, los buzos escuchan el motor del barco antes que los nadadores en la superficie.
La clave está en la compresibilidad del medio: el agua es menos compresible que el aire, así que resiste menos a la propagación de la onda.
El agua es como un colchón duro: la onda salta rápido. El aire es como un colchón blando: la onda se hunde lento.

v = \sqrt{\frac{B}{ρ}}

La velocidad del sonido en un medio se calcula con $v = \sqrt{\frac{B}{ρ}}$ , donde $B$ es el módulo de compresibilidad y $ρ$ es la densidad. $v = \sqrt{\frac{B}{ρ}}$
B es la 'resistencia a ser apretado', ρ es lo 'pesado' que es el medio.
En el agua, $B$ es enorme (el agua casi no se comprime) y $ρ$ es mayor que en el aire, pero $\frac{B}{ρ}$ sigue siendo mayor que en el aire.
El agua es como un bloque de cemento: duro de comprimir, pero la onda pasa rápido. El aire es como una esponja: fácil de comprimir y lento.
En el aire, $B$ es pequeño (el aire se comprime fácilmente) y $ρ$ es baja, así que $v$ es pequeña. $v_{a i r e} = \sqrt{\frac{B_{a i r e}}{ρ_{a i r e}}}$
Si aprietas un globo lleno de aire, sientes que se resiste poco: por eso el sonido viaja lento.
En sólidos como el acero, $B$ es altísimo y $ρ$ es grande, pero $\frac{B}{ρ}$ es enorme: la velocidad es de ~5100 m/s. $v_{a c e r o} \approx 5100 m/s$
En el metro de Caracas, escuchas el ruido de las vías antes que el sonido en el aire: ¡el acero es el rey de la velocidad!

v = \sqrt{\frac{B}{ρ}}

En el Lago de Maracaibo, los pescadores escuchan los motores de los barcos bajo el agua antes que en la superficie.
Pide a un pescador de Cabimas que te cuente cómo escucha el motor bajo el agua.
En el Archipiélago de Los Roques, los buzos notan que los sonidos viajan ~4 veces más rápido bajo el agua que en el aire.
Si suena un silbato bajo el agua en Los Roques, escucha el eco antes que en la playa.
En Caracas, si hay un concierto en el Auditorio Nacional, el sonido viaja más rápido por los cables de acero de los puentes que por el aire.
Los ingenieros usan este principio para diseñar estructuras que transmitan sonido sin deformarlo.
En la Autopista Regional del Centro, el ruido de los carros se propaga más rápido por los rieles de acero que por el aire.
Si vives cerca de las vías del tren en Valencia, escuchas el tren antes que si estuviera en la calle.

En el aire (20°C): $v \approx 343 m/s$ . Es como caminar en la Plaza Bolívar de Caracas. $v_{a i r e} = 343 m/s$
Si gritas en la Plaza, tu voz tarda 1 segundo en recorrer ~343 metros.
En el agua dulce (20°C): $v \approx 1482 m/s$ . Es como correr en la playa de Chichiriviche. $v_{a g u a} = 1482 m/s$
En el agua, tu voz viaja 4 veces más rápido que en el aire: ¡como pasar de caminar a correr!
En el agua de mar (más densa): $v \approx 1530 m/s$ . Un 3% más rápido que en agua dulce. $v_{m a r} \approx 1530 m/s$
La salinidad aumenta ligeramente la velocidad: como añadir un poco de azúcar al café, pero sin cambiar el sabor.
En el acero: $v \approx 5100 m/s$ . Es como volar en el teleférico de Caracas. $v_{a c e r o} = 5100 m/s$
En el acero, el sonido es más rápido que un carro en la autopista: ¡5 veces más rápido que en el aire!

En el agua, la velocidad del sonido aumenta con la temperatura: a 0°C es ~1402 m/s, y a 20°C es ~1482 m/s. $v (T) = 1402 + 3.6 \times T (para agua dulce, T en °C)$
En el Lago de Valencia, el sonido viaja más rápido en verano que en invierno.
En el aire, el efecto es mayor: a 0°C es ~331 m/s, y a 20°C es ~343 m/s. Por eso en Mérida (frío) el sonido viaja más lento. $v_{a i r e} (T) = 331 + 0.6 \times T (aire, T en °C)$
En el páramo de Mérida, tu voz suena más 'pesada' que en Maracaibo.
En el mar Caribe (aguas cálidas), la velocidad del sonido es mayor que en el lago de Maracaibo (aguas más frías).
Si buceas en Los Roques en agosto, escuchas mejor que en diciembre.

v (T) = 1402 + 3.6 \times T (agua dulce)

Pensar que 'a mayor densidad, mayor velocidad del sonido'. ¡Falso! El acero es denso pero la velocidad es altísima.
La densidad sola no decide: es la relación $\frac{B}{ρ}$ la que importa.
Confundir la velocidad del sonido con la velocidad del viento o de las olas. Son fenómenos distintos.
El sonido viaja por vibraciones moleculares, no por el movimiento del agua o el aire.
Olvidar que la velocidad del sonido depende del medio y la temperatura. No es constante.
En el examen, si te dan un problema con agua a 10°C, no uses 1482 m/s: calcula con la fórmula.
Creer que el sonido viaja más rápido en gases densos como el CO₂. En realidad, en gases la velocidad es menor que en líquidos.
El aire es un gas 'ligero' para el sonido. El CO₂ es más denso, pero el sonido viaja más lento.

La velocidad del sonido en el agua es ~4 veces mayor que en el aire a 20°C.: Esto se debe a la menor compresibilidad y mayor módulo de compresibilidad del agua frente al aire.
En el Archipiélago de Los Roques, los buzos experimentan la propagación del sonido bajo el agua como un fenómeno casi instantáneo.: Ideal para entender la diferencia práctica entre medios.
La fórmula $v = \sqrt{\frac{B}{ρ}}$ fue desarrollada en el siglo XIX tras experimentos con ondas en líquidos.: Los primeros estudios serios se hicieron en lagos europeos, pero hoy se aplica en todo el mundo.
En el acero, el sonido viaja a ~5100 m/s, más rápido que un carro en la Autopista Francisco Fajardo.: Esto explica por qué los ingenieros usan acero en estructuras donde el sonido debe transmitirse rápido.