Energía sonora: todo lo que necesitas saber (2023)

¿Podemos usar la energía del sonido para convertir el ruido en formas de energía? Suena loco, pero descubrimos diferentes tipos de energía todo el tiempo, especialmente cuando se trata de energías renovables, y la energía del sonido es solo otro tipo.

En todo el mundo, es difícil encontrar un lugar donde el ruido no sea parte del paisaje. Desde el rugido del tráfico hasta el sonido de los instrumentos musicales, los humanos hacemos mucho ruido. Hay muchos tipos diferentes de sonido que van desde lo audible hasta lo inaudible.

Las fuentes de sonido pueden ser agradables o desagradables para el oído humano, según el volumen, los diferentes tonos, los tipos de sonido, la fuente de sonido y la intensidad del sonido. Independientemente, la energía del sonido viaja y, según la fuente de sonido y la intensidad, el sonido a veces puede considerarse un contaminante.

Entonces, ¿qué es exactamente la energía del sonido? La energía del sonido está convirtiendo el sonido en electricidad. Aunque la ciencia de convertir la energía del sonido en electricidad todavía está emergiendo, ya se ha hecho. Por ejemplo, los micrófonos y los parlantes son ejemplos de cómo el sonido se convierte en energía eléctrica.

De hecho, ungrupo de jóvenes estudiantes de secundariadescubrió cómo producir suficiente electricidad con energía de sonido para encender una bombilla. Es cierto que está muy lejos de generar suficiente electricidad para alimentar una casa o una ciudad entera. Pero es un comienzo y la ciencia detrás de esto se está desarrollando. Aprendamos más sobre el intrigante mundo del sonido, incluidos ejemplos de energía sonora.

¿Cómo escuchamos las ondas de sonido?

Elmecánica de la audicióndemostrar algunos de los mecanismos de la energía del sonido.

Cuando escuchamos un sonido, estamos experimentando ondas de sonido que se canalizan hacia el canal auditivo y mueven el tímpano, de manera muy similar a como vibra el parche de un tambor cuando se golpea. Diferentes sonidos producen diferentes vibraciones que afectan la forma en que se mueve el tímpano.

Las vibraciones viajan desde el tímpano a través de los huesecillos hasta la cóclea (un órgano lleno de líquido), provocando ondas superficiales que golpean las células ciliadas. Según la ubicación de las células ciliadas en la cóclea, el cerebro “escucha” sonidos agudos o graves a través del nervio auditivo. Luego traduce las vibraciones iniciales de las moléculas de aire en la onda de sonido en sonidos que entendemos.

En física, el estudio del sonido esconocido comoacústicae incluye todas las construcciones de sonido.

¿Cuál es la definición de energía sonora?

En términos simples, la energía del sonido proviene de las vibraciones que se mueven a través de algo. Los sólidos, líquidos y gases transmiten el sonido como ondas de energía.

La energía del sonido es el resultado cuando una fuerza, ya sea sonido o presión, hace vibrar un objeto o sustancia. Esa energía se mueve a través de la sustancia en ondas. Esas ondas sonoras se llamancinéticoenergía mecánica.

¿Por qué las ondas sonoras se denominan ondas mecánicas?

Las ondas sonoras a veces se denominan ondas mecánicas porque las ondas sonoras requieren un medio físico para propagarse. Líquidos, gases o materiales sólidos transfieren las variaciones de presión, creando energía mecánica en forma de ondas.

Como todas las ondas, las ondas sonorastener picos y valles. Los picos se denominan compresiones, mientras que rarefacción es el término utilizado para los mínimos.

Las oscilaciones entre compresión y rarefacción se mueven a través de medios gaseosos, líquidos o sólidos para producir energía. El número de ciclos de compresión/rarefacción en un período determinado determina la frecuencia de una onda de sonido.

Los científicos miden la energía del sonidointensidad y presiónen Pascales y decibelios. Las ondas de sonido a veces también se denominan ondas de presión porque la presión de la onda de sonido mueve las partículas a través de las cuales pasa.

¿Cómo se miden las ondas sonoras?

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La longitud de onda, el período, la amplitud y la frecuencia son las cuatro partes principales de una onda de sonido, independientemente del tipo de onda y el medio a través del cual viaja el sonido.

• Longitud de onda:Imagine una onda que viaja a lo largo de un eje horizontal; en ese caso, la longitud de onda se mide como la distancia horizontal entre dos puntos sucesivos y equivalentes en la onda. Así, en términos básicos, una sola longitud de onda es un ciclo entre los dos puntos iguales.
• Período:Un período de longitud de onda es el tiempo que tarda una sola longitud de onda en pasar por un punto determinado. Generalmente, un período más extenso indica un tono más bajo.
• Amplitud:Medimos la amplitud del sonido (fuerza o nivel de presión sonora)por la altura de la onda sonora. Está relacionado con el volumen relativo del sonido. Cuando la amplitud de la onda es significativa, como un sonido fuerte, la onda es alta. Lo contrario también es cierto; los sonidos más suaves producen ondas con una amplitud más pequeña. Un volumen más bajo equivale a niveles más bajos de decibelios (dB); un decibelio mide la intensidad del sonido. Cero decibelios equivale a los sonidos más silenciosos que un oído humano puede escuchar. Los decibeles aumentan por un factor de seis. Una voz de habla normal es de 60 dB.
• Frecuencia:Hertz (Hz) mide la frecuencia de una onda de sonido. Hertz mide los ciclos de una onda de sonido por segundo que pasan por un punto establecido en el eje horizontal. (Recuerde, cada proceso tiene una compresión y una rarefacción). Las ondas de sonido de frecuencia se miden en hercios. Por lo tanto, Hertz (Hz) indica el número de ciclos por segundo que pasan por un lugar determinado. Por ejemplo, si mientras habla su diafragma vibra a 900 Hz, su diafragma genera 900 compresiones (aumento de presión) y 900 rarefacciones (disminución de presión). El tono es una función de cómo el cerebro interpreta la frecuencia del sonido. Un tono más alto es el resultado de una frecuencia más alta; la frecuencia más baja se traduce como un tono más bajo.

¿La energía del sonido es potencial o energía cinética?

Cuando la energía puede realizar un trabajo pero no está aplicando fuerza activamente, se llamaenergía potencial.

En física, el trabajo se mide por la energía transferida. Cuando algo se mueve a lo largo de una distancia por una fuerza externa, eso es trabajo.

El resorte en espiral de un Slinky es un ejemplo de energía potencial. Hasta que se suelta el resorte, no funciona. El trabajo ocurre cuando el resorte se mueve (se suelta), convirtiéndose en energía cinética. La energía cinética es la energía del movimiento.

La energía del sonido puede ser tanto energía cinética como energía potencial.

Un ejemplo podría ser el de un instrumento musical. Cuando se toca el instrumento, genera ondas de sonido, produciendo energía cinética. Pero cuando ese mismo instrumento musical está en reposo, sólo existe el potencial de la energía.

¿Las ondas sonoras comparten características y comportamientos?

Además de los componentes principales de una onda (frecuencia, amplitud, longitud de onda y frecuencia), los científicos clasifican las ondas en función detres características distintivas: movimiento longitudinal, transversal y superficial.

Usar el movimiento de las partículas de un medio en relación con la dirección de viaje es un método estándar para distinguir el tipo de onda.

Para entender las ondas transversales, volveremos a hablar del Slinky. Considere el movimiento de un Slinky a medida que su mano se alterna hacia arriba y hacia abajo. La energía de este Slinky "activado" se mueve verticalmente a lo largo de la dirección del viaje, desplazando las bobinas (que, en este caso, representan partículas de onda) hacia arriba y hacia abajo.

Los tipos de ondas transversales incluyen:

• Vibraciones en una cuerda de guitarra
• Aficionados al deporte de pie y sentados en una onda sincrónica alrededor de un estadio deportivo
• Ondas electromagnéticas, como la luz y las ondas de radio.

Por otro lado,ondas longitudinalesmover la energía de la onda hacia la derecha o hacia la izquierda a lo largo del eje horizontal de la onda. Entonces, nuestro Slinky, cuando se estira horizontalmente y se pulsa horizontalmente como un acordeón, pulsará horizontalmente a lo largo de su dirección de viaje de izquierda a derecha paralela al eje de la onda.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, al igual que las ondas ultrasónicas, yondas P sísmicas.

La característica principal de una onda superficial es el movimiento circular de sus partículas. Solo las partículas en la superficie del medio se mueven circularmente; el movimiento disminuye a medida que las partículas se alejan de la superficie.

¿Cuáles son ejemplos de energía sonora?

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La energía del sonido se produce cuando un objeto vibra. El ruido, ya sea dentro del rango de audición humana o no, es energía sonora. El sonar, la música ultrasónica (más de 20 kilohercios), el habla y el ruido ambiental son formas de energía sonora.

Ya sea de un objeto inanimado o de un ser sensible, los sonidos provienen de todas partes. Algunos son agradables a nuestro oído, otros no. Considere estos ejemplos de energía sonora y cómo lo hacen sentir:

• El cosquilleo alto y delicado o los tonos profundos y vibrantes de un carillón de viento
• El ruido del motor, el chirrido de los neumáticos, las radios a todo volumen y el chirrido de los frenos del tráfico.
• Bebés que lloran, balbucean, gritan y se ríen
• Perros que ladran, gruñen o aúllan
• Teléfonos que suenan, zumban o tintinean
• Golpeteo de lluvia, vientos aulladores y truenos
• Gatos ronroneando, maullando y arañando
• Seres humanos y animales respirando, roncando, estornudando o sibilando
• El freír, chisporrotear, hervir, picar y golpear de una cocina ocupada
• Olas rompiendo y retirándose
• Motores en marcha, acelerando, golpeando y rugiendo
• Los sonidos suaves, fuertes, metálicos, suaves, profundos, aflautados, estridentes y distintos de la música.
• El ruido blanco constante y bajo del aire acondicionado

Incluso cuando parece estar en silencio, siempre hay sonido.

¿Cómo produce electricidad la energía del sonido?

Las vibraciones del sonido pueden convertirse en energía eléctrica a través del principio deinducción electromagnética. La inducción electromagnética genera corriente eléctrica utilizando un campo magnético.

Cuando un campo magnético y un conductor, como una bobina de alambre, se mueven entre sí, se produce una inducción electromagnética. Siempre que el conductor esté en un circuito cerrado, la corriente fluye por donde el conductor cruza las líneas de la fuerza magnética.

¿Qué es la piezoelectricidad y cómo se relaciona con la energía del sonido?

Piezoelectricidadutiliza cristales únicos para convertir la energía mecánica, en este caso, la energía de las ondas sonoras, en energía eléctrica.

Bajo compresión, los cristales actúan como conductores. Cuando los cristales se comprimen, su estructura cambia y el cristal adquiere una carga neta. Esa carga se puede convertir en una corriente eléctrica.

Otros materiales, como el hueso, las cerámicas especiales y el esmalte, también son conductores piezoeléctricos. Estos materiales tienen en común la capacidad de producir una carga eléctrica interna debido a la tensión mecánica aplicada.

Usando ondas de sonido de muy alta frecuencia, frecuencias 100 millones de veces más altas de lo que las personas pueden escuchar, los materiales piezoeléctricos se convierten en señales eléctricas que emiten ondas de luz en el rango de frecuencia de terahercios.

La piezoelectricidad une los estados eléctrico y mecánico del material piezoeléctrico. Bajo compresión, el material utilizado tiene un flujo de corriente que cambia su polarización para convertirse en una carga eléctrica, conocida como momento dipolar neto.

¿Cuál es el futuro de la energía eléctrica generada por energía sonora?

Como sabemos, los sonidos llenan constantemente nuestro entorno acústico. Como toda energía, la energía del sonido tiene el potencial de generar electricidad. Al igual que el sol proporciona ilimitadaenergía solary la brisa proporcionaenergía eólica, la energía del sonido es renovable porque los seres sintientes y los objetos insensibles producen sonido constantemente.

Si bien las ondas sonoras y los principios de producción de energía se conocen desde hace mucho tiempo, la tecnología paraconvertirenergia de sonidoa la electricidad está en su infancia.

Sin embargo, a medida que los científicos y técnicos investigan y mejoran las tecnologías involucradas en la electricidad generada por sonido, la energía del sonido puede producir electricidad en masa algún día.

Si eso suena como una quimera, recuerde la energía solar yenergía eólicaalguna vez también estuvieron fuera de nuestro alcance.

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