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1 de abril de 2013

¿Quién me empuja? El fundamento del principio de Huygens

Todos sabemos que el sonido dobla las esquinas: escuchamos chismorreos tras una puerta abierta, nos alertamos al escuchar una ambulancia que se acerca por una calle que aún no hemos visto o escuchamos el claxon de un coche que está a punto de salir de la cochera. Es una experiencia cotidiana cuya explicación se basa en el principio de Christian Huygens.

El sonido no es más que una propagación en forma de onda que está generado por la vibración de un cuerpo. Cuando un cuerpo vibra, mueve el aire ( u otro medio) que está a su alrededor produciendo una diferencia de presión que se va propagando a través de dicho medio.  El sonido es una onda longitudinal, es decir, que el medio se comprime y se descomprime en la dirección de la propagación, como si fuera un muelle.

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Por ejemplo, cuando la membrana de un altavoz vibra hacia delante y atrás, y cuando se abomba hacia afuera comprime un poco el aire y en ese lugar aumenta la presión. Esta presión se propaga en todas direcciones porque, debido al empujón que les ha proporcionado la membrana, las moléculas de aire colisionan con sus vecinas y les transmite la energía recibida. La molécula en cuestión no llega muy lejos, lo justo para empujar a la siguiente y que la onda se propague.

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Según este planteamiento, de entrada una onda sonora se expande en forma de esfera alrededor de la fuente. Sin embargo, los choques entre las partículas de aire no se producen estrictamente en la dirección de propagación, sino aleatoriamente en todas las direcciones. Fue el físico neerlandés Christian Huygens quien ya descubrió en el siglo XVII que en realidad hay que ver en cada punto del frente de onda (el lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda) un punto de partida de una nueva onda.

 ¿Quién me empuja? El fundamento del principio de Huygens




Las partículas no saben si el empuje lo han recibido directamente de la fuente sonora o si ya es el enésimo eslabón de una larga cadena de choques sucesivos.

¿Por qué suponer que cada punto de un frente de ondas actúa como fuente de ondas esféricas secundarias? Pues por algo muy sencillo:

Supongamos que el altavoz vibra y empuja a las partículas que están justo en contacto con él. Estas primeras partículas a las que llega la perturbación será el primer frente de ondas. Las partículas de este frente pasan el testigo a las siguientes y así sucesivamente. Pero ¿saben estas partículas si han sido empujadas por el altavoz o por otras partículas? Las partículas no saben si el empuje lo han recibido directamente de la fuente sonora o si ya es el enésimo eslabón de una larga cadena de choques sucesivos. Por tanto, cada partícula que forme parte de un frente de ondas y que haya sido perturbada actúa como una fuente de ondas.

Por tanto, el frente de ondas que llega al cruce de calles es a su vez fuente de nuevas ondas sonoras, de modo que los conductores que circulan por la calle transversal perciben el sonido.

 ¿Quién me empuja? El fundamento del principio de Huygens

Imagen extraída de bitacorasonora.org

Tomado de:

Ciencia Explicada

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