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El sonido

El sonido lo producen los objetos que vibran. Viaja por un medio (aire, agua, sólidos) como una onda longitudinal: las partículas van y vienen, y forman zonas apretadas (compresiones) y zonas separadas (rarefacciones). La frecuencia (Hz) decide el tono, la amplitud decide el volumen, y la velocidad es v = f × λ. El sonido no viaja en el vacío. Los humanos oímos de 20 Hz a 20 000 Hz; por debajo está el infrasonido y por encima el ultrasonido. El sonido reflejado produce ecos, que se aprovechan y se controlan en los edificios.

🎬 Historia paso a paso

  1. El cono de un altavoz se mueve hacia delante y hacia atrás. Empuja las partículas de aire y las junta (compresión); luego las deja separarse (rarefacción). Mira la partícula roja: solo se mueve un poquito en su sitio.
  2. Dibuja lo apretado que está el aire en cada lugar. Apretado = arriba, separado = abajo. La onda de sonido se convierte en una curva. Una onda completa es la longitud de onda λ.
  3. Sube la frecuencia: más ondas cada segundo, λ más corta y un tono más agudo. Sube la amplitud: las partículas se mueven más y el sonido es más fuerte.
  4. Velocidad = frecuencia × longitud de onda. En el aire, el sonido va a unos 340 m/s. Si f sube, λ baja y v se mantiene igual.
  5. Lanza un aplauso contra la pared. Rebota y vuelve: es un eco. Tiempo de ida y vuelta = 2 × distancia ÷ velocidad.
  6. Juego libre: mueve la frecuencia y mira si es infrasonido, audible o ultrasonido. Lanza aplausos contra la pared.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

Si el sonido es aire en movimiento, ¿por qué un altavoz no me sopla viento?

Cada partícula de aire solo va y viene alrededor de su propio sitio. Mira la partícula roja en el paso 1: se queda cerca del mismo lugar. Solo viaja el patrón (la energía).

¿Por qué dibujamos la onda de sonido como una línea ondulada si las partículas no suben y bajan?

La gráfica muestra lo apretado que está el aire, no hacia dónde van las partículas. Arriba = compresión, abajo = rarefacción.

¿Un sonido más fuerte tiene un tono más agudo?

No. El volumen viene de la amplitud y el tono de la frecuencia. En el paso 3 primero cambia el control de frecuencia y luego el de amplitud; pruébalos uno por uno.

¿Un tono agudo llega antes a nosotros?

No. En el aire todos los sonidos van a unos 340 m/s. Cuando sube la frecuencia, la longitud de onda se acorta, así que f × λ sigue valiendo 340.

¿Por qué se divide entre 2 la distancia del eco?

El aplauso va hasta la pared y vuelve, o sea que recorre la distancia dos veces. Mira cómo el anillo va y vuelve en el paso 5.

¿Por qué no puedo oír un silbato para perros?

Produce sonido por encima de 20 kHz (ultrasonido). Sube la frecuencia por encima de 20 000 Hz en el juego libre y el indicador dirá ultrasonido.

¿Cómo se produce el sonido y cómo viaja?

Todo sonido empieza con una vibración: la cuerda de una guitarra, tus cuerdas vocales, el parche de un tambor, el cono de un altavoz. Toca tu garganta mientras tarareas y sentirás cómo tiembla.

El objeto que vibra empuja las partículas de aire que tiene al lado. Estas empujan a las siguientes, y así sigue. Las partículas no viajan hasta tu oído; cada una solo va y viene alrededor de su lugar. Lo que viaja es la perturbación (la energía). Esta perturbación en movimiento es una onda.

Compresiones y rarefacciones

Cuando el cono avanza, las partículas se juntan: es una compresión (presión alta, densidad alta). Cuando retrocede, las partículas se separan: es una rarefacción (presión baja, densidad baja).

Onda longitudinal

En el sonido, las partículas se mueven a lo largo de la dirección en la que viaja la onda. Esa onda se llama onda longitudinal. (En una onda transversal, como la de una cuerda, las partículas suben y bajan, en ángulo recto con la onda.)

El sonido necesita un medio

El sonido necesita partículas a las que empujar. Viaja por sólidos, líquidos y gases, pero no por el vacío. Si se saca el aire de un frasco donde suena un timbre, el sonido se apaga aunque el timbre siga vibrando. Por eso los astronautas hablan por radio en el espacio.

Frecuencia, amplitud, periodo y velocidad

Tono y volumen

El tono es lo agudo o grave que nos parece un sonido. Depende de la frecuencia. Un silbato o un pájaro pequeño tienen tono agudo; el rugido de un león o un tambor grande tienen tono grave.

El volumen depende de la amplitud. Si golpeas más fuerte el tambor, las vibraciones son mayores, la amplitud es mayor y el sonido es más fuerte. El volumen se mide en decibelios (dB).

El timbre nos permite distinguir una flauta de un violín aunque toquen la misma nota con el mismo volumen. Depende de la forma de la onda.

Velocidad del sonido

En un periodo la onda avanza una longitud de onda, así que v = λ ÷ T = f × λ.

La velocidad depende del medio y de la temperatura, no de la frecuencia. Aproximadamente: aire 340 m/s (a unos 20–25 °C), agua 1500 m/s, acero 5000 m/s. El sonido es más rápido en los sólidos. El aire más caliente lo transporta un poco más rápido.

Gráficas de las ondas sonoras

No podemos ver las partículas de aire, así que hacemos una gráfica. Ponemos la distancia (o el tiempo) en el eje x y la densidad o la presión en el eje y.

Compara dos gráficas: crestas más juntas significan mayor frecuencia (tono más agudo); crestas más altas significan mayor amplitud (sonido más fuerte). El paso 2 del 3D dibuja esta curva roja sobre las partículas en movimiento.

Reflexión del sonido: eco y reverberación

El sonido rebota en las superficies duras como la luz en un espejo: el ángulo con el que llega es igual al ángulo con el que sale.

Eco

Un eco es un sonido reflejado que oímos por separado. Nuestro cerebro conserva un sonido durante unos 0,1 s, así que el eco debe volver al menos 0,1 s después. En el aire a 344 m/s, el sonido debe recorrer en total 344 × 0,1 = 34,4 m, por lo que la pared debe estar al menos a unos 17,2 m.

Distancia a una pared: d = v × t ÷ 2 (se divide entre 2 porque el sonido va y vuelve).

Reverberación

En una sala grande, el sonido rebota muchas veces y sigue sonando. Esto es la reverberación. Si hay demasiada, las palabras se entienden mal. Las salas usan cortinas, asientos blandos, alfombras y paneles rugosos que absorben el sonido.

Usos de las reflexiones múltiples

Los megáfonos y las bocinas envían el sonido hacia delante. Los estetoscopios llevan el latido del corazón a los oídos del médico mediante muchas reflexiones dentro de un tubo. Un panel curvo detrás de un escenario envía el sonido hacia el público.

La acústica en edificios históricos

La acústica es la ciencia que estudia cómo se comporta el sonido en un espacio. Los constructores antiguos la aprovechaban muy bien.

Las salas de conciertos de hoy copian estas ideas y añaden absorbentes de sonido donde hace falta.

Rango de audición: infrasonido y ultrasonido

Los humanos oímos desde unos 20 Hz hasta 20 000 Hz (20 kHz). Los niños oyen sonidos más agudos que las personas mayores.

Infrasonido (por debajo de 20 Hz)

Es demasiado grave para nosotros. Los elefantes y las ballenas lo usan para comunicarse a larga distancia. Los terremotos emiten infrasonido antes del temblor principal, y algunos animales parecen notarlo. Un péndulo que se balancea o una vibración muy lenta producen infrasonido.

Ultrasonido (por encima de 20 kHz)

Es demasiado agudo para nosotros. Los perros, los murciélagos, los delfines y las marsopas sí lo oyen. Usos:

Pruébalo en casa

Onda en un resorte: Estira un resorte largo (un slinky) en el suelo con un amigo. Empuja un extremo hacia delante y hacia atrás rápidamente. Mira cómo la parte apretada recorre el resorte: es una compresión, igual que en el paso 1.

Teléfono de hilo: Une dos vasos de papel con un hilo de 5 m bien tenso. Habla en uno. El sonido viaja mejor por el hilo tenso (un sólido) que por el aire.

Prueba de tono: Sujeta una regla de acero en el borde de una mesa y hazla vibrar. Acorta la parte libre: primero predice y luego comprueba que el tono sube (mayor frecuencia). Si la golpeas más fuerte: más volumen, el mismo tono.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Una onda sonora tiene una frecuencia de 500 Hz y una longitud de onda de 0.68 m. Calcula su velocidad.

v = f × λ = 500 × 0.68 = 340 m/s.

2. Un sonido tiene un periodo de 0.002 s. Calcula su frecuencia.

f = 1 ÷ T = 1 ÷ 0.002 = 500 Hz.

3. Un sonido de 170 Hz viaja por el aire a 340 m/s. Calcula su longitud de onda.

λ = v ÷ f = 340 ÷ 170 = 2 m.

4. Un chico aplaude frente a un acantilado y oye el eco 2 s después. La velocidad del sonido es 340 m/s. ¿A qué distancia está el acantilado?

El sonido va y vuelve: recorrido total = 340 × 2 = 680 m. Distancia = 680 ÷ 2 = 340 m.

5. El SONAR de un barco envía ultrasonido y recibe el eco del fondo del mar 3 s después. La velocidad del sonido en el agua de mar es 1500 m/s. Calcula la profundidad.

Profundidad = v × t ÷ 2 = 1500 × 3 ÷ 2 = 2250 m.

6. Se ve un rayo y el trueno se oye 4 s después. ¿A qué distancia cayó el rayo? (v = 340 m/s)

La luz llega casi al instante. Distancia = 340 × 4 = 1360 m (sin ÷ 2, porque el sonido solo hace un viaje de ida).

7. Por un punto pasan 20 compresiones en 0.1 s. Calcula la frecuencia de la onda. ¿Podemos oírla?

f = 20 ÷ 0.1 = 200 Hz. Está entre 20 Hz y 20 000 Hz, así que es audible.

8. ¿Por qué la distancia mínima para un eco claro es de unos 17 m?

El eco debe volver al menos 0.1 s después. Recorrido total = 344 × 0.1 = 34.4 m, y la mitad es la distancia a la pared: 17.2 m.

Errores comunes

Test de práctica

1. Las ondas sonoras en el aire son:
2. El tono de un sonido depende de su:
3. El sonido no puede viajar por:
4. El rango audible humano es de unos:
5. Una zona apretada de partículas en una onda sonora es una:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el sonido en Física y Química?

El sonido es una forma de energía producida por objetos que vibran y que viaja por un medio como una onda longitudinal de compresiones y rarefacciones.

¿Cuál es la velocidad del sonido en el aire?

Unos 340–346 m/s a temperatura ambiente. Es mayor en el agua (≈1500 m/s) y en el acero (≈5000 m/s).

¿Cuál es la diferencia entre infrasonido y ultrasonido?

El infrasonido está por debajo de 20 Hz y el ultrasonido por encima de 20 000 Hz. Los humanos no oímos ninguno de los dos.

Dónde se estudia

NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Sound and image technology (part 1)
NetherlandsVWO 4 (bovenbouw, 2e fase)Waves (part 1)
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIOscillations and waves
Spain2º BachilleratoVibrations and waves
Ukraine9 класMotion with changing speed; mechanical oscillations and waves
CBSE (India)Class 9Motion, Force, Work and Sound
England (GCSE, A level)Year 9Physics: Waves
England (GCSE, A level)Year 116.6 Waves
England (GCSE, A level)Year 114.6 Waves
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-PS4 Waves
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Waves
Japan高校1年Physical phenomena and use of energy
South Korea중학교 2학년Light and waves
FranceQuatrièmeSignals
FranceTroisièmeSignals
FranceSecondeWaves and signals
FrancePremièreSound and music
FrancePremièreWaves and signals
FrancePremièrePhysics-chemistry for health
FrancePremièrePhysics-chemistry: Waves and information
FrancePremièrePhysics-chemistry: Waves and signals
FranceTerminaleMusic culture and science (music)
FranceTerminalePhysics-chemistry: Waves and signals
Russia9 классMechanical oscillations and waves
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China八年级(初二)Ch.2 Sound

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