Dado que el sonido es una onda de choque con moléculas de aire que oscilan en movimiento longitudinal, me pregunto cuál es el escenario en el que acaban de empezar a oscilar. Si bien la amplitud puede aumentar gradualmente hasta cierto límite, ¿significa también que la velocidad de la onda también aumentará gradualmente?
Respuestas
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mmesser314
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El sonido no es algo que se mueva. El aire se mueve. Cuando decimos que una onda sonora se mueve, lo que queremos decir es que cambia el lugar donde se mueve el aire. El aire se acelera. Pero la onda sonora no.
Para generar un pulso de sonido, empujas el aire que está a tu lado y luego vuelves a tu posición original. Normalmente se hace muy deprisa. Para un tono grave, puedes hacerlo en $0.01$ segundo.
Esto realmente no crea viento. Crea una pequeña región justo a tu lado donde las moléculas de aire han sido empujadas, dejando menos moléculas de lo normal. La presión es baja aquí. Un poco más lejos, hay una región donde las moléculas han sido empujadas. Están más juntas de lo normal. Aquí la presión es alta.
Las moléculas de la región de alta presión se empujan entre sí. Esto rellena la región de baja presión y crea una región de alta presión un poco más alejada.
El proceso continúa. El lugar donde hay alta presión sigue alejándose a una velocidad constante. En las regiones situadas por delante y por detrás, el aire está en reposo. En la región de alta presión, el aire se acelera y desacelera.
Mario Ortegón
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Usted pregunta qué ocurre cuando las moléculas "empiezan a oscilar", eso depende un poco de la superficie de contacto del generador de dicha onda sonora. La transferencia de energía se producirá en los puntos de contacto con el aire alrededor del objeto en función de las vibraciones/movimiento de los objetos. En realidad, es como hacer viento con la mano a modo de ventilador. La onda en sí no cambia realmente de velocidad, aparte del medio por el que se propaga y la ley del cuadrado inverso sin interferencias.
En el momento en que golpea el aire, la onda sonora ya contiene energía procedente de la fuente sonora. Por ejemplo, los platillos sólo hacen ruido cuando reciben un golpe de percusión.
Por otro lado, cambia en la onda se propagan y pueden / no inferirse entre sí causando potencialmente algunos fenómenos emergentes. Si encuentra aceptable un escenario en el que cualquier fenómeno de ondas sonoras tenga características de aceleración cabalgando sobre las ondas, entonces está de suerte. No busque más allá de la mecánica bohmiana. La gente ha estado utilizando el sonido para simular algunos de sus conceptos. Vea "walking droplets" (gotas que caminan) para un ejemplo de características que aceleran, cambian de dirección y otras hazañas finas.
Puede que encuentre algo de lo que sugirió originalmente también en turbulencia. Las condiciones para que se produzca un estampido sónico se deben a la incapacidad de un medio para alejarse lo suficientemente rápido. La turbulencia cerca del choque de proa de un objeto a velocidad mach puede tener un poco de variabilidad más allá de la velocidad habitual del sonido en ese medio.
Aquí tienes material de referencia sobre las gotas andantes y la mecánica de Bohm. Creo que el segundo enlace es un poco exagerado, pero probablemente de interés dada su pregunta.
https://www.youtube.com/watch?v=Xm_6Gi4Jqbg
https://arxiv.org/abs/0907.5284
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Acoustic/invsqs.html
https://phys.org/news/2013-10-strange-behavior-pilot-wave-dynamics-action.html
https://www.youtube.com/watch?v=Hopd-gKB1Xc
Ah, también se daría el caso de que el medio (aire) tuviera un gradiente de densidad en alguna parte.
Bill
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La velocidad del sonido no necesita acelerarse pero la velocidad permanece constante por la ecuación $v$ = $\sqrt{\Gamma\frac{P}{\rho}}$ . Así que hasta que los siguientes factores no cambiarán 1.Temperatura 2.Humedad 3.Densidad del aire esa velocidad que es de la onda no cambia pero para la partícula individual puede cambiar debido al ángulo diferente en el diagrama de onda pero la velocidad de la onda permanece constante hasta que estos tres factores no cambian.
claes
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Permítanme explicarlo de forma algo menos científica. Imagina que tú y tus amigos jugáis a un juego. Os colocáis en un carril y vuestro objetivo es pasar alguna señal de un extremo del carril al otro. La primera persona da la señal a la siguiente, que la reconoce y la pasa con un pequeño retraso que podemos llamar tiempo de reacción. Cuanto menor sea el tiempo de reacción, más rápido llegará la señal al otro extremo.
El tiempo de reacción puede depender de la persona que recibe/emite la señal, pero no depende de su posición en la fila.
Lo mismo ocurre con las moléculas de aire. El tiempo de reacción puede depender de la presión, la temperatura y la frecuencia, pero no de la distancia a la fuente de sonido.
Sin embargo, es una buena pregunta porque la onda sonora transfiere energía. La masa es en cierto modo energía condensada, por lo que se podría considerar que la onda tiene una masa diminuta que tendría que acelerarse a la velocidad del sonido. Creo que esta aceleración se produce durante la creación de la onda, por lo que la onda en sí no se acelera.
