Es curioso cómo solamente dos cosas nos permiten adquirir la mayoría de información de nuestro entorno, la vista y el oído, y cómo a estos le corresponden lo que más ha fascinado al ser humano tanto en el arte como en la ciencia: la luz y el sonido. De forma a similar los científicos de siglos pasados, tarde que temprano nos acabamos cuestionando sobre su trasfondo, lo que realmente son, cómo se comportan, qué es esa información que obtenemos de nuestro entorno y nos preguntamos si realmente nuestros sentidos nos están dando toda la información. Basta de dudas, juguemos un juego.
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El juego de la onda
Sobre una superficie plana, tome un resorte de juguete y ancle uno de sus extremos a un objeto fijo, mientras que el otro extremo tómelo y estírelo lo suficiente, de modo que no quede totalmente tenso. Ahora agítelo de izquierda a derecha múltiples ocasiones, con este movimiento usted está haciendo algo que se conoce como “generar una perturbación”. ¿Y cómo se ve manifestada esta perturbación? En el movimiento del resorte, por lo que podemos determinar que el resorte es el medio en que la perturbación viaja. Aunque si aún no está convencido, suelte el extremo del resorte que usted sostiene, dejando que este se “encoja”, y sin volver a tomar el resorte repita el movimiento con su mano, ¿El resorte se movió?
Ahora, probemos algo diferente, vuelva a estirar el resorte y ahora recoja unas cuantas de estas “vueltas”, notará que el resorte se pondrá un poco más tenso. Libérelas. Lo que observará es que la perturbación ahora viajó de una manera totalmente distinta a la anterior.
En ambos casos, se puede observar cómo la perturbación mueve la materia del que está hecho el resorte respecto a su posición inicial; sin embargo, este no presenta un desplazamiento neto, es decir, ocurre una transferencia de energía ¡pero no de materia! Esto no es más que la definición del movimiento ondulatorio; y si continuamos uniendo los hilos, la perturbación que usted generó, se conoce como “onda” y dado que necesita de un medio para propagarse entonces estamos hablando específicamente de una “onda mecánica”.
El Sonido: “soy rápido…”
El experimento anterior sirve para poder visualizar de cierta manera una de las constantes en nuestro día a día, algo que, si eres de ciudad, pides a diario que disminuya. No es el estrés, estamos hablando del sonido. Ese fenómeno que por todo lo que se explicó anteriormente, se puede ver como la propagación de ondas mecánicas a través de un medio elástico, ya sea sólido, líquido o gaseoso.
Los aficionados a la Fórmula 1 recordarán aquel Ferrari F2002 corriendo en el circuito de Monza, donde a partir de la Parabólica hasta la Curva Grande uno podía escuchar el rugido de aquel carro, y ni como dejar atrás el Renault R25 de Fernando Alonso o el Renault R31 del equipo Lotus en las manos de Nick Heidfeld. En los 3 casos, había una similitud, la velocidad a la que viajaba el sonido de sus motores rondaba los 343 metros por segundo (m/s) o los 1,234 kilómetros por hora (km/h). Ahora el Mercedes W11 ya no parece tan rápido.
Dejemos la pista de lado y adentrémonos al mar, cerca de alguna región donde haya ballenas. Este animal es bien conocido por sus hermosos cantos a través de los cuales se comunica. Estos, de manera similar que el resto de sonidos en el mar, viaja a una velocidad que ronda los 1500 m/s, ¡lo equivalente a 5,400 km/h! Y si estas velocidades ya parecen muy altas, aún faltan un último medio de propagación: el sólido. Aquí las velocidades de propagación logran los 5,850 m/s (o 21,060 km/h); en el vidrio y en el diamante hasta los 19,039 m/s, equivalentes a unos aplastantes 68,540 km/h (Wang, 2004).
“…pero depende”
Ahora surge el por qué de estas grandes diferencias entre velocidades. Para cualquier medio, la velocidad de propagación depende principalmente de la elasticidad y la densidad del medio (dejando la temperatura de lado) en el que esté viajando el sonido. Si el medio es muy elástico y de baja densidad, como el caso del aire, entonces la velocidad será baja. Por otro lado, los líquidos y sólidos se caracterizan por prácticamente no ser compresibles, y tener una densidad media y alta, respectivamente; volviéndolos ideales para que las velocidades de propagación sean tan altas.
Y de la elasticidad podemos aprender algo más. ¡Prueba rápida!: arroje una piedra a un charco ¿La ondas creadas en el charco duraron para siempre? Tanto para este caso, como para los planteados al principio del artículo, las ondas se hacen cada vez más pequeñas hasta que, tanto el resorte como el charco, vuelven a un estado de quietud o equilibrio; la energía se ha disipado, la onda se ha amortiguado. Es decir, si el medio es muy elástico será muy compresible, por ende, amortiguará mucho más evitando que el sonido se propague a mayores distancias.
Y si estuviéramos en un medio con una densidad extremadamente baja de partículas, y en consecuencia, que no pueda ser considerado como “elástico”, sería imposible que el sonido pudiese propagarse, de ahí que este sea inexistente en el vacío. Aterrador, ¿verdad?
Pero eso no significa que nada pueda recorrer el vacío. Aún queda un tipo de onda, capaz de poder viajar en el vacío; es decir, no necesita de un medio para propagarse. Y no solo eso, cuenta con un catálogo totalmente distinto de propiedades que le permite alcanzar velocidades hasta 15 veces más altas que las del sonido en los sólidos. Los animamos a que traten de adivinar cuál es. ¿Quieren una pista o prefieren esperar a que la respuesta salga a la luz?
