La velocidad del sonido

Medida de la velocidad del sonido en el aire

El primer método empleado para determinar la velocidad del sonido, se utilizaba un cañón. Un observador, colocado en una colina, media el lapso transcurrido entre el momento en que escuchaba el estampido del cañonazo. Conociendo la distancia al cañón, podía calcular la velocidad del sonido. Este procedimiento no era muy exacto, puesto que el viento desviaba la onda sonora, que describía, por tanto, una trayectoria curva. Además, las variaciones te temperatura originaban refracciones que apartaban la onda sonora de trayectoria rectilínea. La determinación de la velocidad del sonido al aire libre era importante por razones militares. Su conocimiento permitía localizar la artillería enemiga. Por ello, en 1864, Charles Regnault decidió hacer un cálculo más preciso. Utilizó un equipo con un artificio eléctrico para la medida del tiempo. El experimento se realizó en un tubo subterráneo, en las cercanías de París. El disparo de un fusil rompía un circuito de hilo, cruzado en la boca del arma, y entonces se movía una plumilla entintada sobre un tambor registrador, situado en el extremo del tubo. Cuando el sonido llegaba allí, vibraba un diafragma, y este movimiento también era registrado en el tambor. Puesto que la velocidad de rotación de éste era conocida, se calculaba fácilmente la del sonido. La velocidad del sonido se determina más correctamente usando dos reflectores parabólicos enfrentados, con una sirena de frecuencia constante en el foco de uno de ellos. También se coloca un micrófono en el foco de cada reflector, que utiliza, como resistencias de carga, parte del primario de un transformador. Cuando se conectan los auriculares a la otra bobina del transformador, el sonido que se percibe en ellos aumentará o disminuirá cuando uno de los reflectores se acerque o aleje del otro. Este es un ejemplo de interferencia en las ondas sonoras. Cuando el sonido de los auriculares va de un mínimo a un máximo, y vuelve a un mínimo, uno de los reflectores se ha movido, exactamente, una longitud de onda. Conociendo la frecuencia, se puede calcular la velocidad del sonido. Este es un método seguro, que puede aplicarse también para la determinación de la velocidad de los ultrasonidos.

Medida de la velocidad del sonido en el agua

En el lago de Ginebra fue donde se midió, por primera vez, la velocidad el sonido en el agua. Se golpeaba una gran campana bajo esta, al mismo tiempo que se producía la ignición de una carga de pólvora. Un observador, usando una trompetilla cubierta con una membrana, cuyo extremo estaba sumergido en el agua, media el lapso transcurrido entre e momento en que se veía el fogonazo y el momento en que escuchaba la campana. El experimento se hacía en una gran extensión de agua, porque la velocidad del sonido, en ella, es relativamente alta: alrededor de mil seiscientos metros por segundo. Es importante conocer el valor exacto de la velocidad del sonido en el agua, para diseñar aparatos de sondeo. Los métodos actuales utilizan explosiones de cargas, simultáneas a una señal de radio. Las llegada del sonido se detecta mediante hidrófonos (micrófonos usados bajo el agua) y se mide el intervalo transcurrido. Los sonidos no cesan en el agua tan rápidamente como en el aire y alcanzan distancias mucho mayores. Por ello, es posible oír que el sonido de las hélices de un barco a una distancia de 15 a 18 kilómetros.

Variaciones de la velocidad

Del mismo modo que la luz, pueda refractarse el sonido, que cambia de velocidad cuando pasa de un medio a otro; la refracción tiene lugar en el límite entre los dos medios. Por esta causa, el sonido puede concentrarse en un foco, con una lente que no sea de vidrio, sino hecha con un globo lleno de anhídrido carbónico. El sonido se propaga más rápidamente en el aire caliente que en el aire frío, lo que da lugar a las zonas de silencio. En 1923, e sonido de la explosión de una fábrica de municiones de Holanda fue oído a distancias superiores a 800 km., pero no fue escuchado, en cambio, en la zona comprendida entre los 100 160 km., porque la onda sonora que se propagaba a lo largo del suelo se debilitó pronto. El sonido escuchado a mayores distancias era el producido por la onda sonora que se había propagado hacia las zonas superiores de la atmósfera y refractado hacia abajo, al atravesar la capa de aire caliente.

Progresos científicos en la medida de la velocidad del sonido

Los antiguos ya sabían que el sonido se propaga en el aire. Aristóteles, en esto, como en otros muchos campos de la física, sostenía ideas erróneas, que los escolásticos difundieron durante toda la Edad Media. Aristóteles creía que los sonidos de distintos tonos tiene velocidades diferentes. Fue Gassendi, quien, en 1624, hizo una determinación de la velocidad del sonido, demostrando que los agudos y los graves se propagan con igual velocidad. Entre otras medidas, citaremos las de Mersene (1640), Borelli y Viviani (1655), de la Academia de Cimiento; de Boyle, Roemer, Picard, Cassini y Huyghens; de Walker, Halley, Derham, Flamsteed y Roberts, cuyos resultados varían entre 331 a 495 metros por segundo. En 1738, la Academia de Ciencias ordenó que se hiciera una determinación, que dio como resultado 333 metros por segundo; se demostró, entonces, que la velocidad es independiente de la presión y aumenta con la temperatura. La Oficina de Longitudes, en 1822, confió a Arago, Prony, Bouvard, Gay-Lussac y Huboldt la realización de unas determinaciones, mediante las cuales se obuvo el valor 333,8 metros por segundo a 0ºC. Los holandeses Mol y van Beck determinaron 332,049 metros por segundo. Deben recordarse también las determinaciones llevadas a cabo, en las zonas árticas, por Franklin, Parry Y Forster, entre los años 1822 y 1824. las de Kendall en 1825, las de Bravais y Martins, en las alturas de Suiza (1844), y el interesante método desarrollado por Bosscha. En 1705, Derham estudió la influencia del vieto sobre la propagación del sonido, y Viviani estableció cláramente que este se propaga igualmente en cualquier sentido, con independencia de su tono e intensidad. En 1772, Priestley estudió la propagación del sonido en distintos gases, estableciendo que su velocidad es proporcional a la densidad del gas. En 1842, Döpler descubrió la influencia del movimiento de la fuente sonora, o del observador, en la percepción del sonido. En 1812, Niot observó que un tubo de 1000 metros de longitud propagaba la voz con toda intensidad, aunque se hable en vos baja. Con este mismo tubo metálico, de las cañerías de París, determino la velocidad de la propagación del sonido en los sólidos. Este punto quedaba definitivamente aclarado, en princiio, con la comprobación experimental y el detallado estudio físico de las vibraciones longitudinales en los sólidos, realizados por Chladni, en 1787, y ratificados por Savart (1819). La propagación del sonido en el agua, negada durante mucho tiempo porqueno se reconocía la compresibilidad y la elasticidad de los líquidos, era admitida por Klein, Baker, Hawksbee, Guericke, Musschenbrock, Nollet (1743) y Francklin, y fue demostrada por Savart en el año 1826, Después de ellos, Cagniard estudió la propagación del sonido en los líquidos. En una columna líquida, provocó la emisión de los sonidos por su vibración y observó que la velocidad variaba de acuerdo con las distintas maneras reproducir el sonido. Seis años después, otro físico, llamado Wertheim, perfeccionó el procedimiento de Cagniard, haciendo vibrar el líquido mediante otra corriente, en lugar de hacerlo por medio de frotamiento del caño.

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