Características de las ondas sonoras
Relaciones fundamentales entre longitud de onda, frecuencia y velocidad en cualquier medio material
Formes alternatives
- — Para calcular frecuencia si conoces velocidad y longitud de onda
- — Para calcular longitud de onda en instrumentos musicales
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| v | velocidad de propagación de la onda En el aire a 20°C: 343 m/s | m/s |
| \lambda | longitud de onda Distancia entre dos crestas consecutivas | m |
| f | frecuencia de la onda Número de oscilaciones por segundo | Hz |
Dimensions :
Exemple : Una flauta en Barquisimeto emite una nota con = 0.75 m. Si la velocidad del sonido es 346 m/s, calcula su frecuencia: f = 346 / 0.75 ≈ 461 Hz (nota La4)
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| f | frecuencia Inversa del período | Hz |
| T | período Tiempo para una oscilación completa | s |
Dimensions :
Exemple : Un péndulo en Mérida tiene T = 2 s. Su frecuencia es f = 1/2 = 0.5 Hz
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| v | velocidad de fase Velocidad a la que se propaga la fase de la onda | m/s |
| \lambda | longitud de onda | m |
| T | período | s |
Dimensions :
Exemple : En el Lago de Maracaibo, una onda en el agua tiene = 5 m y T = 2 s. Su velocidad es v = 5/2 = 2.5 m/s
Velocidad del sonido y temperatura
Fórmulas que relacionan la velocidad del sonido con las propiedades del medio, especialmente la temperatura del aire en ciudades venezolanas
Formes alternatives
- — Para calcular temperatura si conoces la velocidad del sonido
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| v | velocidad del sonido en aire seco A presión atmosférica estándar | m/s |
| T | temperatura del aire Temperatura ambiente en la ciudad | °C |
Dimensions :
Exemple : En Caracas hoy hace 28°C. La velocidad del sonido es v = 331 + 0.6×28 = 347.8 m/s. ¡Más rápido que en Mérida donde hace 22°C (v=344.2 m/s)!
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| v | velocidad del sonido en el sólido Para ondas longitudinales | m/s |
| E | módulo de Young Rigidez del material | Pa |
| \rho | densidad del material Ejemplo: acero 7850 kg/m³, aluminio 2700 kg/m³ | kg/m³ |
Dimensions :
Exemple : El sonido viaja a 5100 m/s en el acero (E=200 GPa, =7850 kg/m³). En cambio, en la madera de pardillo (E=11 GPa, =650 kg/m³) viaja a solo 1300 m/s
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| v | velocidad del sonido en el líquido Para ondas longitudinales | m/s |
| B | módulo de compresibilidad Resistencia a la compresión | Pa |
| \rho | densidad del líquido Ejemplo: agua 1000 kg/m³ | kg/m³ |
Dimensions :
Exemple : En el Mar Caribe frente a Los Roques, el sonido viaja a 1500 m/s en agua a 25°C (B=2.2 GPa, =1025 kg/m³). ¡3 veces más rápido que en el aire!
Ondas de choque y truenos
Fórmulas que explican la formación de ondas de choque, como las que producen los truenos y los aviones supersónicos
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| M | número de Mach Adimensional. M>1: supersónico, M<1: subsónico | |
| v_{\text{objeto}} | velocidad del objeto Ejemplo: avión, bala | m/s |
| v_{\text{sonido}} | velocidad del sonido en el medio Depende de la temperatura | m/s |
Dimensions :
Exemple : Un avión Mirage 50 de la Aviación venezolana vuela a 600 m/s sobre el Archipiélago de Los Roques donde el sonido viaja a 340 m/s. Su número de Mach es M = 600/340 ≈ 1.76 (supersónico)
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| d | distancia al relámpago En línea recta, no siguiendo el terreno | m |
| v_{\text{sonido}} | velocidad del sonido Depende de la temperatura local | m/s |
| \Delta t | tiempo entre relámpago y trueno Medido con cronómetro o app | s |
Dimensions :
Exemple : En Valencia, ves un relámpago y 9 segundos después escuchas el trueno. Si la temperatura es 30°C (v=349 m/s), la tormenta está a d = 349 × 9 ≈ 3141 m (3.1 km) de distancia
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| \Delta P | cambio de presión en la onda de choque Presión por encima de la atmosférica | Pa |
| \rho | densidad del aire A nivel del mar: 1.225 kg/m³ | kg/m³ |
| v_{\text{sonido}} | velocidad del sonido | m/s |
| \Delta v | cambio de velocidad del aire Relacionado con la velocidad del objeto | m/s |
Dimensions :
Exemple : Un camión a 30 m/s (108 km/h) en la Autopista Regional del Centro genera una onda de choque con v ≈ 5 m/s. P ≈ 1.225 × 343 × 5 ≈ 2100 Pa (2.1% de la presión atmosférica)
Energía e intensidad del sonido
Fórmulas que relacionan la potencia, intensidad y nivel de intensidad sonora con la distancia al foco emisor
Formes alternatives
- — Para calcular la potencia si conoces la intensidad a cierta distancia
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| I | intensidad sonora Potencia por unidad de área perpendicular a la propagación | W/m² |
| P | potencia acústica de la fuente Ejemplo: parlante, motor | W |
| r | distancia a la fuente En metros desde el centro emisor | m |
Dimensions :
Exemple : Un parlante en un concierto en Barquisimeto emite P = 10 W. A 10 m de distancia, la intensidad es I = 10/(4×3.14×10²) ≈ 0.008 W/m²
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| \beta | nivel de intensidad sonora Escala logarítmica | dB |
| I | intensidad sonora medida | W/m² |
| I_0 | intensidad umbral de audición I₀ = 10⁻¹² W/m² a 1000 Hz | W/m² |
Dimensions :
Exemple : En el mismo concierto, I = 0.008 W/m². = 10×log(0.008/10⁻¹²) = 10×log(8×10⁹) ≈ 99 dB (¡como un camión a 10 m!)
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| I_1 | intensidad a distancia r₁ | W/m² |
| I_2 | intensidad a distancia r₂ | W/m² |
| r_1 | distancia 1 Distancia más cercana | m |
| r_2 | distancia 2 Distancia más lejana | m |
Dimensions :
Exemple : En el concierto, a 10 m la intensidad es I₁ = 0.008 W/m². A 40 m (4 veces más lejos), I₂ = 0.008 × (10/40)² = 0.008 × 0.0625 = 0.0005 W/m² (16 veces menos intenso)