Tarde de lluvia, rayos en la lejanía; mi padre cuenta lentamente «un, dos, tres…» y oímos un trueno ensordecedor. «Ese ha sido a un kilómetro», sentencia. No sabría decir qué me parecía más fascinante, si lo que llegaba a mis sentidos infantiles o ese adivinar como de oráculo. El famoso Leonard Euler lo explica a la quinceañera Federica Carlota de Brandeburgo-Schwedt en sus Cartas a una princesa alemana. «Su alteza habrá observado a menudo que el estruendo del trueno llega a nuestros oídos un poco después que la visión del rayo, y es así que se puede estimar la distancia». «Si fuera posible oír en Berlín un cañón disparado en Magdeburgo, el sonido tardaría 7 minutos en llegar». Este fenómeno nos ayuda a entender la naturaleza del sonido, como una propagación desde la fuente sonora al oído del receptor. Pero ¿qué se transmite exactamente? ¿y cómo?
En un estadio de fútbol donde el público ejecuta «la ola», vemos que las personas levantan los brazos y, al bajarlos, los elevan las personas contiguas, y así sucesivamente. Esto es una onda: transmisión de una perturbación (subir y bajar los brazos) sin desplazamiento de materia (las personas no se mueven de su sitio).
«Si nuestro oído fuera sensible a sonidos con frecuencia inferior a 20 Hz, oiríamos las hojas y las ramas en los árboles oscilando con la brisa»
Pulso la cuerda de una guitarra, doy un golpe en la mesa, una mosca mueve sus alas. En todos los casos, hay algo que vibra y que es el origen del sonido. Las vibraciones de la fuente se transmiten en todas direcciones al aire circundante más próximo, que se comprime y descomprime y transmite la vibración al aire contiguo, etc. Supongamos que alineamos unas diez personas, una al lado de otra, hombro con hombro. Alguien (el objeto que vibra) da un empujón al primero, que transmitirá el empujón al siguiente, y así hasta que el último (nuestro oído) lo recibe. De hecho, las vibraciones propagadas por el aire u otros medios (fluidos o sólidos, recordemos el juego del teléfono de vasos unidos por un hilo tenso), se transmiten a nuestro tímpano. A partir de ahí, pasan al sofisticado sistema auditivo humano, capaz de distinguir diferencias de presión tan pequeñas como 200 billonésimas de atmósfera (respecto al valor promedio de 1 atmósfera) equivalente al impacto de un pequeño alfiler contra el suelo. Cuando la onda acústica llega a una barrera como una pared, en parte se refleja. Si la distancia es grande discernimos el sonido original del reflejado (eco); si es pequeña, sufrimos la molesta reverberación.
En resumen, para que haya sonido, debe haber una fuente vibrante, un medio transmisor que propaga la vibración a una cierta velocidad (nada de oír explosiones en el espacio interestelar de cierta ciencia ficción) y un receptor que, al llegar la onda, se pone en vibración. Si las alas de mosca oscilan 200 veces en un segundo (200 Hz), la onda sonora y también nuestro tímpano lo harán a esta frecuencia. Diferente de la de un colibrí (50 Hz, más grave) o de un mosquito (800 Hz, más agudo). Si nuestro oído fuera sensible a sonidos con frecuencia inferior a 20 Hz, oiríamos las hojas y las ramas en los árboles oscilando con la brisa, nuestra mano al saludar diciendo adiós, o la oscilación de la batuta de la directora superpuesta como un zumbido al sonido de la orquesta.
Pocos símiles resultan tan didácticos y al tiempo poéticos como el que Diógenes Laercio (III d. C.) atribuyó a Zenón de Citio (III a. C.) y que han elaborado desde Vitruvio hasta el propio Einstein: «Que el oír se hace siendo herido el aire que media entre el que habla y el que oye, lo cual se hace circularmente y con ondulaciones, hasta que llega a los oídos; a la manera que ondea por círculos el agua de un estanque, arrojada en él una piedra».
Atrévete:
A) Cubre un bol con una lámina de plástico de cocina tensada (tímpano) y espolvorea sal encima. Golpea un tambor o acerca un altavoz con música a una cierta distancia del bol, sin contacto directo: los saltos de la sal evidencian que las vibraciones se transmiten por el aire.
B) Fija el extremo de un muelle grande de plástico de juguete y estíralo con la mano sobre una mesa, sin tensarlo demasiado. Haz un vaivén rápido con la mano en la dirección del muelle (onda longitudinal). Provocarás una compresión de las espiras que se transmite a lo largo del muelle (pulso) similar a las del aire propagando el sonido. Este pulso se refleja en los extremos (eco). Mide la longitud L del muelle y el tiempo T de varias (N) idas y vueltas, y deduce la velocidad de las ondas en el muelle (v = NL / T).
Sigue experimentando con la demo 8 de la Colección de Demostraciones de Física de la Universitat de Valencia. http://go.uv.es/ferrerch/ondasmuelle
