Sonido
El sonido recorre unos 343 metros por segundo en aire a 20 °C; por eso, si el trueno llega 3 segundos después del destello, el rayo cayó a aproximadamente 1 km.
Ondas de presión en el aire
Cuando la membrana de un tambor se mueve hacia fuera, comprime el aire cercano; cuando retrocede, deja una región de presión ligeramente menor. Estas compresiones y expansiones pasan de una molécula a otra en forma de onda longitudinal. El aire junto a tu oído no viaja desde el tambor hasta ti: se desplaza una distancia minúscula de un lado a otro mientras el patrón de presión avanza. OpenStax señala que, en el sonido más tenue que una persona puede oír, las moléculas de aire se desplazan menos de un diámetro molecular.
Arrastra para girar. Usa la rueda de desplazamiento o separa y junta dos dedos para cambiar el zoom.
¿A qué rapidez viaja el sonido?
En un espectáculo de fuegos artificiales puedes comprobar que el sonido tarda en llegar: primero ves el destello y luego oyes la explosión. OpenStax indica que la rapidez del sonido en el aire es de 331 m/s a 0 °C y de 343 m/s a 20 °C, y da una fórmula para el aire al nivel del mar: v = 331 m/s × √(T / 273 K), con T en kelvin. En aire más caliente, las moléculas se mueven más rápido y transmiten el empuje con mayor rapidez, aunque el efecto es moderado. Pasar de 0 °C a 20 °C aumenta la rapidez menos de un 4%. De los 343 m/s se desprende una regla útil: el sonido tarda unos 3 segundos en recorrer un kilómetro, de modo que contar los segundos entre el relámpago y el trueno permite calcular la distancia.
El sonido viaja más rápido en líquidos y sólidos que en el aire porque son mucho más difíciles de comprimir. La rapidez depende de la rigidez y la densidad del material: a mayor rigidez, mayor rapidez; con rigidez similar, gana el material menos denso. OpenStax presenta valores para muchos materiales. El caucho es una excepción de baja rapidez porque es muy blando.
| Medio | Rapidez del sonido (m/s) |
|---|---|
| Aire, 0 °C | 331 |
| Aire, 20 °C | 343 |
| Helio, 0 °C | 965 |
| Agua dulce, 20 °C | 1480 |
| Agua de mar, 20 °C | 1540 |
| Acero | 5960 |
| Caucho vulcanizado | 54 |
Altura tonal, intervalo audible y ecos
La frecuencia de un sonido se percibe como su altura tonal. Las personas con buena audición suelen oír desde unos 20 Hz hasta 20 000 Hz. Los sonidos por encima de ese intervalo se llaman ultrasonidos y los que están por debajo, infrasonidos. Dentro del intervalo audible, la rapidez apenas depende de la frecuencia. OpenStax lo explica con una banda de música en marcha: si las notas agudas viajaran más rápido que las graves, quienes escucharan desde lejos recibirían la música desacompasada, y eso no ocurre.
El sonido se refleja en superficies duras y el sonido que regresa es un eco. Si das una palmada frente a un acantilado y oyes el eco 2 segundos después, el sonido ha ido y vuelto, así que el acantilado está a 343 × 2 ÷ 2 ≈ 343 m. Los murciélagos usan ecos para localizar insectos y la ecografía médica utiliza los ecos de frecuencias muy altas procedentes del interior del cuerpo. Como las longitudes de onda del sonido audible van de centímetros a muchos metros, el sonido también rodea puertas y esquinas; por eso puedes oír a alguien en la habitación de al lado sin verlo.
Sonoridad y decibelios
La sonoridad depende de la intensidad de la onda, es decir, de la potencia que transporta por cada metro cuadrado. El oído abarca un intervalo enorme: el sonido más tenue a 1000 Hz tiene una intensidad de unos 10⁻¹² W/m², y un sonido que daña la audición en segundos es unas 10¹² veces más intenso. Para manejar estas cifras usamos la escala de decibelios, β = 10 log₁₀(I / I₀), con I₀ = 10⁻¹² W/m². Multiplicar la intensidad por 10 agrega 10 dB y duplicarla agrega unos 3 dB. OpenStax sitúa una conversación normal cerca de 60 dB y un concierto de rock fuerte cerca de 120 dB, el umbral del dolor. En una nota agrega que varios organismos gubernamentales y sanitarios recomiendan no superar 85 dB durante 8 horas diarias sin protección auditiva.
- Usa v = 331 m/s × √(T/273 K). ¿Cuál es la rapidez del sonido a 30 °C (303 K)? Da una cifra decimal.
- Ves un relámpago y oyes el trueno 6.0 s después. Si el sonido viaja a 343 m/s, ¿a qué distancia cayó el rayo, en km? Da dos cifras decimales.
- Das una palmada frente a un acantilado y oyes el eco 2.0 s después. El sonido viaja a 343 m/s. ¿A qué distancia está el acantilado?
- ¿En cuál de estos medios viaja más rápido el sonido?
- Acero
- Agua dulce
- Aire a 20 °C
- Helio
- ¿Por qué los astronautas no pueden oírse gritar a través del espacio vacío?
- El sonido necesita un medio por el que propagarse
- El sonido viaja demasiado rápido en el espacio
- El espacio es demasiado frío para el sonido
- Sus voces son demasiado agudas
- ¿Cuántas veces más intenso es un sonido de 90 dB que uno de 60 dB?
- 1000 veces
- 30 veces
- 3 veces
- 1.5 veces
- Dos altavoces idénticos reproducen el mismo sonido y duplican la intensidad. El nivel aumenta aproximadamente…
- 3 dB
- 10 dB
- 2 dB
- 20 dB
- A 20 °C (343 m/s), ¿cuál es la longitud de onda del sonido más grave que las personas pueden oír, de 20 Hz? Da una cifra decimal.
- ¿Qué propiedad de un sonido percibimos como su altura tonal?
- Frecuencia
- Amplitud
- Rapidez
- Temperatura
- En una onda sonora en el aire, las moléculas de aire…
- Se mueven de un lado a otro en la dirección de propagación
- Vuelan desde la fuente hasta tu oído
- Se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación
- Permanecen completamente inmóviles
- El sonido es una onda longitudinal de presión y necesita un medio.
- En el aire: 331 m/s a 0 °C, 343 m/s a 20 °C; v = 331 √(T/273 K).
- Más rápido en líquidos y sólidos: agua 1480 m/s, acero 5960 m/s.
- Audición: unos 20 Hz a 20 000 Hz. +10 dB = 10 × intensidad, +3 dB ≈ 2 ×.
Fuentes de este curso (11)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 16.9 Waves (disturbance that propagates, gull example λ 10.0 m, T 5.00 s, v = 2.00 m/s, transverse and longitudinal, amplitude independent of speed)
- 16.10 Superposition and Interference (constructive, destructive, standing waves, f1 = v/2L, beats fB = |f1 − f2|, 256 Hz fork with 2 beats -> 254 or 258 Hz)
- 17.2 Speed of Sound (Table 17.1: air 331 m/s at 0 °C, helium 965, fresh water 1480, sea water 1540, steel 5960, vulcanized rubber 54; v = 331 m/s × √(T/273 K); 343 m/s at 20 °C; audible range 20 to 20 000 Hz; P-waves 4 to 7 km/s, S-waves 2 to 5 km/s; Oldham and Lehmann)
- 17.3 Sound Intensity (I0 = 10⁻¹² W/m², Table 17.2, factor 10 = 10 dB, factor 2 = 3 dB, 85 dB for 8 h footnote, bel named for Bell)
- 17.5 Sound Interference and Resonance (noise-cancelling headphones 30 dB or more, closed tube λ = 4L and f_n = n v/4L with n odd, open tube f_n = n v/2L, 128 Hz tube at 22 °C = 0.672 m, ninth harmonic 1.15 kHz, trumpet vs clarinet overtones)
- 24.1 (Maxwell; Hertz from 1887)
- 24.3 The Electromagnetic Spectrum (c = fλ, Table 24.1, three rules of thumb, AM 540 to 1600 kHz, FM 88 to 108 MHz, microwave oven 2.45 GHz, visible 400 to 750 nm, UV 400 to about 10 nm, UV-A 320 to 400, UV-B 290 to 320, UV-C 220 to 290 nm, 99% of surface UV is UV-A, X-rays below 0.01 nm)
- 27.3 Young's Double Slit (1801, d sin θ = mλ, 0.0100 mm and 633 nm example)
- NASA science.nasa.gov/ems (Introduction, Visible Light: 380 to 700 nm; atmospheric windows)
- NIST, c = 299 792 458 m/s exact (nist.gov/si-redefinition/meter)
- ISO 16:1975 (A = 440 Hz, iso.org/standard/3601.html).
Fecha de consulta: 2026-10-17