Velocidad del sonido

F18 del Armada de los Estados Unidos rompiendo la barrera del sonido

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras, en la atmósfera terrestre es de 344,2 m/s (a 20 °C de temperatura). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite.

La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

Medios de propagación

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

La velocidad del sonido varía ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración y este aumento de actividad hace que aumente la velocidad.

Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto debido a la composición molecular o atómica de los estados de la materia.

• La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 344,2 m/s. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarlo mediante la siguiente conversión física:

Velocidad del sonido en el aire [km/hr) = (343m /1s)*(3600s/1hr)*(1km/1000m) Velocidad del sonido en el aire = 1.234,8 km/h.

• En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.
• En el agua (a 25 °C) es de 1.493 m/s.
• En la madera es de 3.900 m/s.
• En el hormigón es de 4.000 m/s.
• En el acero es de 5.100 m/s.
• En el aluminio es de 6.400 m/s.

Velocidad del sonido en los gases

En los gases la ecuación de la velocidad del sonido es la siguiente[1]:

$v={\sqrt {(\gamma {R}{T})/M}}$

Siendo γ el coeficiente de dilatación adiabática, R la constante universal de los gases, T la temperatura en kelvin aguas arriba de la perturbación y M la masa molar del gas. Los valores típicos para la atmósfera estándar a nivel del mar son los siguientes:

γ = 1,4 []

R=8,314 [J/Mol.K]=8,314 [kg.m²/mol.K.s²]

T=293,15 [K] (20°C)

M=29 [g/mol] para el aire

Velocidad de sonido en los sólidos

En sólidos la velocidad del sonido está dada por:

$c={\sqrt {\frac {E}{\rho }}}$

donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero que es aproximadamente de 5.146 m/s.

Velocidad de sonido en los líquidos

La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.

La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).

$v={\sqrt {\frac {K}{\rho }}}$

Véase también

• Sonido
• Propagación del sonido
• Efecto Doppler
• Número de Mach
• Mach crítico
• Onda
• Onda mecánica
• Onda longitudinal
• Onda de choque
• Velocidad supersónica
• Avión supersónico
• Cono de Mach
• Machmetro