El sonido y las ondas

El sonido es una onda de presión. Es una onda mecánica, eso significa que para propagarse requiere la presencia de un medio, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Así, en la Luna, no nos podríamos comunicar hablando normalmente, ya que allí el sonido no se puede propagar debido a que carece de atmósfera.

La onda de sonido es de tipo longitudinal debido a que las partículas del medio, donde se propaga la onda, al ser alcanzadas por la perturbación oscilan paralelamente a la dirección de propagación. Al propagarse la onda origina cambios locales en la presión, con zonas de mayor presión o menor presión, con relación a la presión normal en el medio. Por ejemplo, si la onda se propaga en el aire, estas variaciones

se miden con respecto a la presión atmosférica local.

La velocidad de progación del sonido depende de las cualidades elásticas del medio y de la inercia (asociada con la densidad de masa) del medio. Así la velocidad de propagación en el aire a temperatura ambiente (20 gC) es de 343 m/seg, pero si la onda se propaga en el agua, lo hace a una velocidad de aproximadamente 1490 m/seg, mientras que en un sólido, como el acero, supera los 6000m/seg. Estos valores tan diferentes se deben a qué tan próximas entre sí están los átomos y moléculas del medio. En un sólido están más próximos que en un líquido, y que en un gas, y así la perturbación se propaga más rápidamente.

En la figura se muestra una onda de presión propagándose a través de un tubo con los dos extremos abiertos. Este es el caso típico de instrumentos musicales como las flautas y tubos de órgano. En estos instrumentos, el aire al vibrar en su interior, origina un tren de ondas que al superponerse dan lugar, para ciertas frecuencias denominadas resonantes, a la formación de ondas estacionarias, en forma similar a lo que ocurria cuando una cuerda tensa era sometida a vibraciones.

En el caso de un instrumento de cuerda, como la guitarra, al pulsar las cuerdas, se propagan ondas transversales a lo largo de ellas. Estas ondas viajan con una velocidad que depende, en este caso, de la tensión a la que está sometida la cuerda, y de la densidad de masa de cada cuerda. Estas cantidades dan cuenta de características de tipo elástico (la respuesta a la tensión) y propiedades de inercia (la densidad lineal de masa de cada cuerda). De forma que si cambiamos la tensión de una cuerda, cambia la velocidad. Lo mismo ocurre si cambia la densidad de masa (recordemos que las cuerdas de la guitarra no son todas iguales). Al pulsar la cuerda para ciertas frecuencias características, denominadas

resonantes, se forman ondas estacionarias.

Estas frecuencias de resonancia dependen de la longitud de la cuerda (ó de la longitud del tramo de cuerda pulsado) y de la velocidad de propagación. Para una misma cuerda tensionada, si aumentamos la longitud, la frecuencia resultará menor (el sonido es más grave). Para dos cuerdas idénticas de igual longitud, si aumentamos la tensión en una de ellas, esto aumentará la velocidad de propagación de la onda en esa cuerda, y la frecuencia será mayor (el sonido será más agudo).

Por otra parte al pulsar una cuerda en alguna de sus frecuencias de resonancia, no aparecerá un único armónico, sino una superposición de modos armónicos que le dan al instrumento su timbre o sonoridad característica. Por esa razón, una guitarra no suena igual que un violín, por ejemplo. Las vibraciones de las cuerdas se transfieren al aire y a la caja de resonancia en forma de ondas de presión, y de esta forma el sonido es amplificado. (Ver figura).