¿Qué son las ondas sonoras?

La acústica es la rama de la física que se ocupa de las ondas mecánicas. Este estudio de las ondas sonoras comenzó con las observaciones de las mentes más notables de la ciencia. El físico italiano del siglo XV Galileo Galilei hizo una observación significativa sobre la relación entre la frecuencia de una onda y su tono.

El matemático francés Marin Mersenne fue el primero en registrar la velocidad del sonido a través del aire en 1640. La comprensión de las ondas sonoras y las vibraciones es una rama importante de la acústica, ya que cubre casi todos los aspectos de la sociedad moderna, especialmente en lo que respecta a la audición y la comunicación. , piedras angulares de la supervivencia.

Cómo escuchan los humanos

Desde el oído externo, el sonido ingresa al canal auditivo y se desplaza hacia el tímpano, que vibra con las ondas entrantes. Los tres huesos del oído, martillo, yunque y estribo, reciben las vibraciones y las amplifican antes de enviarlas a la cóclea, una estructura llena de líquido en el oído interno. El líquido dentro de la cóclea se ondula y los estereocilios, estructuras similares a pelos, ubicadas en diferentes regiones de la membrana basilar, entonan los sonidos. Las puntas de los estereocilios se abren y los neurotransmisores crean señales eléctricas que pasan al nervio auditivo, que las transfiere al cerebro para su reconocimiento.

humano en pequeña alquimia

¿Qué es más rápido: sonido a través del agua o del aire?

El sonido actúa sobre la superficie de un objeto haciéndolo responder de manera diferente con varios medios. La vibración es causada por golpes de partículas, donde cada colisión pasa energía de una partícula a otra. Algunos comparan este proceso con una carrera de relevos, donde la energía es como un testigo que se transfiere de un corredor a otro. El aire es un gas que no tiene resistencia, por lo que es fácil iniciar una ola, pero no será rápido. Debido a que el agua es más densa que el aire, se requiere más esfuerzo para iniciar una ola. Pero una vez que se inicia, la energía transferida de una partícula a la siguiente ayuda a que las ondas sonoras se muevan al menos cuatro veces más rápido que a través del aire.

Rompiendo la velocidad del sonido

A 68 grados Fahrenheit, la velocidad del sonido es de 767 mph o 1,125 pies / s. A medida que aumenta la velocidad del objeto, la velocidad local de las ondas sonoras se acumula ante él, creando lo que algunas personas llaman una barrera. Cuando el objeto alcanza una cierta aceleración, estalla a través de las ondas, superando todas las ondas sonoras y la presión acumulada. El resultado que se escucha en el suelo es la explosión conocida como boom sónico.

La causa del trueno

Algunos creen que el rayo y el trueno son fenómenos separados, cuando son producto de causa y efecto. Un rayo es una combinación de luz, calor y energía. A medida que se mueve, sobrecalienta el aire circundante, que se expande tan rápido que crea el tipo de boom sónico llamado trueno.

Ernst Chladni

Ernst Chladni, físico y músico del siglo XVIII nacido en Alemania, estaba interesado en la música y la ciencia, pero se vio obligado a estudiar derecho debido a la desaprobación de su padre. Recibió su título de abogado y, tras la muerte de su padre, se sintió libre para perseguir sus intereses originales. Basándose en el trabajo del físico inglés del siglo XVII, Robert Hooke, Chladni inventó un método para visualizar ondas de sonido en metal, llamado placas de Chladni. Su demostración llamó la atención y el favor de Napoleón Bonaparte. Por todo su trabajo en este campo, muchos lo conocen como el padre de la acústica.

Medir el sonido

Una onda de sonido se compone de frecuencia y amplitud. La frecuencia mide el número de vibraciones sonoras por segundo, mientras que la amplitud mide la potencia de la onda. Los decibeles, dB, denotan la energía de las ondas sonoras. Cero decibelios es el sonido detectable más suave y cada aumento de 3 decibelios duplica la intensidad del sonido. El habla normal es de aproximadamente 65 dBA, pero los niveles sostenidos superiores a 85 dBA pueden dañar la audición. Por ejemplo, un concierto de rock típico tiene una presión sonora de 120 dBA que puede dañar los estereocilios en menos de un minuto.

¿El sonido viaja directamente?

La presencia de objetos en su camino puede afectar el movimiento de las ondas sonoras. Por ejemplo, cuando el sonido golpea un objeto duro, se refleja y forma un eco. Los objetos más suaves absorben los sonidos para evitar que se desplace más lejos. Si bien las ondas sonoras viajan en línea recta, depende de lo que se encuentre en su camino. El uso de estas características de eco y absorción ayuda a los científicos a investigar las profundidades del océano.

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Psicoacústica

El estudio de cómo los humanos percibimos ciertos sonidos se llama psicoacústica. Lo que hace el cerebro con lo que escuchan los oídos depende de muchos factores, incluidos el tiempo y la frecuencia. La psicoacústica estudia cómo las ondas sonoras se convierten en estímulos neuronales, así como aplicaciones más comerciales, como técnicas de compresión de datos y reducción de ruido de audio en telecomunicaciones. Los oídos humanos tienen un rango de frecuencia de 20 Hz a 20 000 Hz, que disminuye con la edad. Este campo puede ayudar a los médicos a comprender mejor la dinámica de la pérdida auditiva.

Ecolocalización

Utilizada por delfines, murciélagos y ballenas, la ecolocalización utiliza ondas sonoras para producir ecos. El eco rebota, regresa a los oídos del animal y lo ayuda a determinar la distancia, el tamaño y la forma. Para los humanos, la ecolocalización puede hacer lo mismo. Los ciegos y las personas con discapacidad visual crean sonidos tocando sus bastones o chasqueando los dedos, lo que puede ayudarlos a orientarse y navegar por el mundo.

Investigar cómo el sonido ayuda a la memoria

Las ondas theta son impulsos eléctricos entre 4 y 7 Hz que ayudan a inducir la relajación. Los científicos están probando un dispositivo de arrastre que usa la combinación de sonido y luz para mejorar la actividad de la onda theta y mejorar la memoria. Los resultados mostraron que el aumento de la memoria y la actividad theta duró un tiempo después de que se apagó el dispositivo.