CAPÍTULO 14 / TEMA 4

La Tierra

La Tierra es el tercer planeta desde el Sol y el quinto más grande de todos los planetas del sistema solar. Además, es el único en donde existe la vida debido a que agrupa una serie de condiciones que favorecen su desarrollo, como la temperatura y una atmósfera rica en oxígeno.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

VER INFOGRAFÍA

Datos de interés

Masa: 5,9736 × 1024 kg

Densidad media: 5,515 g/cm³​

Diámetro ecuatorial: 12.756 km

Diámetro entre los polos: 12.730 km

Superficie: 510.072.000 km²

Distancia media del Sol: 149,6 millones de km

Temperatura media: 14 °C

Nuestro planeta es un elipsoide de revolución achatado por la rotación, lo que ocasiona que el ecuador esté ligeramente más inclinado con un diámetro medio de 12.756 kilómetros. Visto desde el espacio, el planeta Tierra parece pequeño y con una capa sencilla y frágil de atmósfera. Desde ese punto de vista predomina el azul del mar y el blanco de las nubes y zonas polares, junto al marrón y verde de los continentes.

Se cree que la Tierra es el único planeta de nuestro sistema que alberga vida (biósfera).
¿Sabías qué?
El planeta Tierra es el único planeta del sistema solar con agua en estado líquido en su superficie, ya que los océanos suman el 70 % y los continentes el resto.

Estructura del planeta Tierra

Estructura terrestre.
  • La corteza es la capa más externa y está compuesta por roca sólida.
  • La litosfera es la capa externa de la Tierra y está formada por materiales sólidos, involucra a la corteza continental, con un espesor entre 20 y 70 km y a la corteza oceánica de unos 10 km de espesor.
  • La astenosfera es la capa ubicada en la parte superior del manto y debajo de la litosfera, casi entre 30 y 130 km de profundidad. Se compone principalmente de silicatos y sobre ella están las placas tectónicas.
  • El manto está compuesto por rocas en estado sólido y líquido ricas en sílice. El manto es la capa más grande de la Tierra y constituye el 82 % del volumen terrestre.
  • El núcleo está compuesto principalmente por hierro. Se diferencia en un núcleo externo en estado líquido y uno interno en estado sólido.
¿Sabías qué?
Se cree que la formación de la Tierra sucedió al mismo tiempo que la del sistema solar, hace aproximadamente 4.500 millones de años.
¿Cómo se formó la Tierra?

Las capas de la Tierra, al encontrarse en estado líquido, comenzaron a separarse con respecto a sus densidades relativas. De esta forma, los elementos más pesados se acumularon en el interior, mientras que los más livianos se congregaron en el exterior, donde irradiaron gran parte de su energía hasta solidificarse.

MOVIMIENTOS DEL PLANETA TIERRA

VER INFOGRAFÍA

Rotación

La rotación es el movimiento que realiza la Tierra sobre su propio eje, llamado eje terrestre. Este atraviesa la Tierra desde el polo norte hasta el polo sur, y tiene una inclinación aproximada de 23°. El movimiento de rotación no es perceptible para los habitantes de la Tierra. Entonces, ¿cómo sabemos qué ocurre realmente? La respuesta es simple y sí es perceptible a nuestros ojos. Como consecuencia de la rotación de la Tierra, los diferentes puntos de la superficie terrestre reciben los rayos del Sol en diferentes momentos. El resultado de este movimiento es la sucesión entre el día y la noche.

El día y la noche

La parte iluminada por el Sol durante el movimiento de rotación es el día, mientras que la cara opuesta y oscurecida es la noche. Entre ambas zonas existe una penumbra, la cual representa al amanecer y el atardecer.

Husos horarios

Fueron creados en 1859 por Quirico Filopante, de nacionalidad italiana. Surgieron como resultado de la división de los 360° de la circunferencia terrestre por las 24 horas del día. De esta forma, se obtienen 24 sectores de 15 minutos cada uno. Estos sectores están delimitados por los meridianos y cada punto ubicado sobre un mismo huso tiene la misma hora.

Traslación

La traslación es el movimiento que realiza la Tierra alrededor del Sol. Este movimiento se produce al mismo tiempo que la rotación. En la trayectoria que describe la Tierra alrededor del Sol hay puntos que se encuentran más cercanos a la estrella y otros más lejanos. La traslación es el movimiento que provoca la transición de las estaciones: invierno, otoño, primavera y verano.

La Tierra realiza una vuelta alrededor del Sol en un año sidéreo que dura 365 días.
¿Sabías qué?
El movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol traza una trayectoria u órbita elíptica que se extiende por 930 millones de kilómetros.
Implicaciones del movimiento de traslación de la Tierra

La existencia de las estaciones del año, debido al ángulo de inclinación de la Tierra, produce modificaciones climáticas. Algunas de las consecuencias son los vientos monzones, que los animales tomen períodos específicos para alimentarse o reproducirse, y las variaciones en la duración del día y la noche a lo largo del año durante las estaciones.

Los cambios en las estaciones climáticas son producidos porque a lo largo del año y de la traslación del planeta Tierra, los rayos solares llegan a hemisferios de distinta inclinación axial.

Precesión

Se llama precesión el movimiento que realiza la Tierra sobre su propio eje en forma de trompo o peonza, es decir, imita el movimiento de estos objetos. Podemos identificar, principalmente, tres causas que producen este movimiento:

  1. La inclinación del eje terrestre de 23°.
  2. La forma que tiene la Tierra, ya que no es una esfera perfecta, sino que está achatada en los polos.
  3. La influencia gravitatoria del Sol y la Luna sobre la Tierra.
¿Sabías qué?
La vuelta completa de precesión se llama año platónico y sus efectos son perceptibles con el paso de mucho tiempo.

Nutación

En la Tierra, el movimiento de nutación se superpone al de precesión y es un pequeño movimiento de vaivén del eje de la Tierra. Este movimiento hace que cada 18,6 años el eje terrestre se incline un poco más o un poco menos respecto a la circunferencia que describe el movimiento de precesión. En la actualidad, la oblicuidad media es de poco menos de 23° 26′ 16’’.

Nutación y precesión.
¿Sabías qué?
La oblicuidad media decrece 0,47″ por año, lo cual se refleja en un desplazamiento anual de 14,4 m de los trópicos y círculos polares medios.

A pesar de ser un movimiento complejo, el mismo fue descubierto en el año 1728 por el astrónomo inglés James Bradley. Sin embargo, se dio a conocer 20 años más tarde y, mucho después, se supo que la causa de este movimiento tenía que ver con la atracción gravitatoria ejercida por la Luna.

NUTACIÓN

El movimiento de nutación provoca que cada 18,6 años el eje de rotación de la Tierra se incline levemente.

¿POR QUÉ HAY VIDA EN EL PLANETA TIERRA?

Los factores que posibilitaron la vida en la Tierra son múltiples. El primero y el más importante es la distancia al Sol, pero otros de gran importancia también son la composición de la atmósfera, la capa de ozono y la presencia de agua.

La Tierra es el único planeta en el que se ha comprobado que existe vida. Las primeras señales de vida se encontraron en las algas verde azuladas y bacterias formadas en los mares.

Distancia con respecto al Sol

La distancia entre la Tierra y el Sol es de unos 150 millones de kilómetros. Si nuestro planeta se encontrara más cerca o más lejos de la estrella, el calor o el frío harían que sea imposible la vida aquí.

El Sol como fuente de energía es indispensable para el desarrollo y la supervivencia de todos los seres vivos que habitan la Tierra. La energía proveniente de los rayos solares es utilizada por los productores primarios, como las plantas y ciertos microorganismos, para producir sus propias sustancias alimenticias e iniciar las redes tróficas. Como consecuencia de la fotosíntesis, se produce el oxígeno que necesitan la mayoría de los seres vivos para vivir.

Importancia del Sol para los animales

Muchos animales, como los reptiles y los anfibios, requieren de la luz solar para mantener su temperatura corporal estable. Esto se debe a que estos animales no son capaces de regular su propia temperatura y necesitan luz solar para calentarse. En cambio, los mamíferos y las aves sí son capaces de regular su propia temperatura y son independientes del Sol para mantenerse templados.

Atmósfera

VER INFOGRAFÍA

La atmósfera terrestre se localiza por encima de la corteza y se compone principalmente de nitrógeno (78 %), oxígeno (20 %), vapor de agua, anhídrido carbónico y gases nobles (2 %).

Todos los seres vivos provienen de un ancestro común. Esto se establece debido a que todos los tipos de vida que se conocen están basados en la química del carbono y en el paso de información del ADN al ARN.

Estructuralmente se divide en 5 capas. La tropósfera es la más cercana a la superficie y en ella ocurren los fenómenos meteorológicos más comunes (lluvias, vientos, etc.). La estratósfera está por encima de la tropósfera y es el lugar donde se forma la capa de ozono. Luego sigue la mesósfera y por arriba de esta, la ionósfera, también denominada termósfera por la gran temperatura que tiene. Por último, se localiza la exósfera.

Estructura de la atmósfera terrestre.
Composición de la atmósfera

  • Nitrógeno (N2), que constituye un 78 % del volumen del aire.
  • Oxígeno (O2), que representa el 21 % del volumen del aire.
  • Otros gases como el argón (Ar), que contribuye en un 0,9 % al volumen del aire.
  • Dióxido de carbono (CO2), que representa el 0,03 % del volumen del aire.
  • Ozono (O3) es un gas minoritario que se encuentra en la estratósfera.
  • Vapor de agua.
  • Partículas sólidas y líquidas.

Presencia de agua

La presencia de agua en sus tres estados es otro factor fundamental para la vida. Este elemento es imprescindible para los seres vivos y ocupa casi tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta.

A diferencia de lo que sucede en otros planetas del sistema solar, en condiciones naturales, en la Tierra el agua se encuentra principalmente en estado líquido. Esto es fundamental para el desarrollo de la vida, ya que la mayoría de los seres vivos requieren de agua líquida para llevar adelante sus procesos vitales.

¿Sabías qué?
La ausencia de agua líquida en otros planetas puede ser una de las causas de que no exista la vida tal y como la conocemos.
El agua en los seres vivos

El contenido de agua en cada ser vivo varía en función a su longevidad y actividad fisiológica, por lo que una célula embrionaria tendrá mayor contenido de agua que la célula de un individuo adulto.

Suelos

Por otra parte, la composición de los suelos es muy importante para los seres vivos. En el suelo se encuentran grandes cantidades de minerales y nutrientes que sirven como fuente de energía para las plantas y para los hongos. Los suelos poseen tres capas:

  • Una capa superior, rica en minerales, que sirve de sustento para la fijación de las plantas al suelo.
  • Una capa intermedia por donde circula el agua subterránea.
  • Una capa inferior donde se ubican las rocas que sirven de base para la formación del suelo.
¿Qué es la zona de habitalidad?

La zona de habitabilidad es la región del espacio exterior en la que es posible encontrar vida. Está definida por diversas características:

  1. Un planeta o satélite rocoso con masa similar a la Tierra debe estar ubicado en cercanía de una estrella brillante como el Sol.
  2. La atmósfera del planeta ubicado en la zona de habitabilidad debe tener la composición adecuada para permitir que el agua se encuentre en sus tres estados.
  3. El planeta debe tener luminosidad y radiación incidente de la estrella brillante, similar a la que da el Sol en la Tierra.
¿Qué es la biósfera?

El conjunto de los seres vivos que habitan la Tierra se denomina biósfera. En cada ecosistema, los componentes bióticos y abióticos se relacionan en un perfecto equilibrio. El accionar humano pone en peligro este equilibrio y, por ende, la vida en el planeta.

 

VER INFOGRAFÍA

 

LA LUNA, NUESTRO SATÉLITE NATURAL

VER INFOGRAFÍA

La Luna es el único satélite natural de la Tierra, el quinto satélite más grande de nuestro sistema solar y el único que el hombre pudo pisar. Al igual que la Tierra y muchos de los astros, la Luna posee movimientos de rotación (sobre su propio eje) y traslación (alrededor de la Tierra).

El diámetro de la Luna es de aproximadamente 3.500 kilómetros. La temperatura en su superficie durante el día es de 107 °C y durante la noche de -153 °C. Esto se debe a que cambia su posición con respecto al Sol. La Luna se ubica a unos 380.000 kilómetros de distancia de la Tierra.

Fases lunares

Las fases de la Luna son los cambios aparentes de la parte visible o iluminada del satélite causados por su cambio de posición respecto a la Tierra y el Sol. El ciclo completo se llama lunación y dura aproximadamente un mes.

RECURSOS PARA DOCENTES

Video “El hombre llega a la Luna”

Este recurso audiovisual detalla lo sucedido en uno de los eventos más destacados en la historia: la llegada del hombre a la Luna.

VER

Video “Cumbre de La Tierra”

Video sobre la Conferencia de la ONU sobre Medio Ambiente y Desarrollo que se celebró del 3 al 14 de junio de 1992.

VER

Video “Funciones y partes de la atmósfera”

Recurso descriptivo acerca de las funciones y partes de la atmósfera terrestre.

VER

Artículo “El agua en los seres vivos. Funciones”

En el siguiente artículo destacado encontrará información sobre la importancia del agua para los seres vivos.

VER 

CAPÍTULO 14 / TEMA 5

Planetas enanos

La principal característica que diferencia a los planetas enanos de otros planetas es que orbitan alrededor del Sol junto a otros cuerpos. A través de los estudios astronómicos se han distinguido cinco planetas enanos: Ceres, Plutón, Eris, Haumea y Makemake.

¿QUÉ ES UN PLANETA ENANO?

Un planeta enano es un cuerpo celeste que orbita alrededor del Sol y que tiene la masa suficiente para que su autogravedad le confiera una forma casi esférica. Aunque esta característica lo hace similar a los planetas, no lo es.

¿Sabías qué?
La calificación de planetas enanos fue creada en 2006 por la Unión Astronómica Internacional (IUA).

¿Qué se necesita para ser un planeta enano?

  • Gira alrededor del Sol.
  • No es un satélite de un planeta ni de otro cuerpo estelar.
  • No ha limpiado la vecindad de su órbita, es decir, gira en su órbita con otros cuerpos.
¿Planeta o planeta enano?

 

La diferencia entre un planeta y un planeta enano radica en que este último es incapaz de mantener su órbita libre de otros cuerpos celestes. Además, dicha órbita frecuentemente se cruza con la de otros elementos del sistema solar.

No existen rangos máximos o mínimos en cuanto a la masa o el tamaño de los planetas enanos.
Órbitas de los planetas enanos.

CERES: EL MÁS GRANDE DE LOS ENANOS

Datos de interés

 

Diámetro: 952,4 km

Masa: 9,43 x 1020 kg

Distancia al Sol: 425 millones de km

Período orbital: 4,6 años terrestres

Periodo de rotación: 9,07 horas

Composición: hielo, carbonatos y arcillas

 

Ceres está ubicado en el cinturón de asteroides, entre las órbitas de Marte y Júpiter. Es el planeta enano más pequeño del sistema solar y tiene una forma bastante esférica para este tipo de objetos.

Tiene un tercio de la masa de todo el cinturón de asteroides. Contiene agua congelada en un manto de 100 kilómetros de espesor y un núcleo rocoso, por lo que ocupa más agua dulce que el propio planeta Tierra, pero se encuentra totalmente congelada, ya que la temperatura máxima del planeta es de -34 °C. A pesar de ello, no se descarta la presencia de vida en forma de microorganismos.

Partes del planeta enano Ceres.
En el año 2007 se lanzó la misión Dawn para visitar el planeta enano Ceres. La sonda obtuvo las primeras imágenes de su mapa en el año 2015.

PLUTÓN: EL DEGRADADO

VER INFOGRAFÍA

Datos de interés

 

Diámetro: 2.370 km

Masa: 1,25 x 1022 kg

Distancia al Sol: 6 mil millones de km

Período orbital: 248 años terrestres

Periodo de rotación: 153 horas

Composición: 90 % nitrógeno y 10 % metano

 

Plutón fue descubierto en el año 1930 y se lo consideró un planeta del sistema solar hasta el año 2006, fecha en la que fue reasignado en la categoría de planeta enano.

Este planeta enano está ubicado en el Cinturón de Kuiper y posee cinco satélites naturales. En orden de su descubrimiento son: Caronte, Nix, Hydra, P4 y P5. Se considera que Plutón y Caronte forman un sistema binario porque el segundo no orbita alrededor del primero, sino que ambos orbitan alrededor del centro de masas del sistema.

Misión New Horizons

 

La nave espacial New Horizons de la NASA envió las primeras imágenes y datos de Plutón y sus satélites en julio de 2015. La información recopilada por esta nave espacial reveló una actividad geológica inesperada en el planeta enano, a su vez ha aportado información acerca del complejo sistema de satélites que posee Plutón.

 

¿Sabías qué?
La inusual órbita de Plutón le permite estar más cerca del Sol que Neptuno durante 20 de los 248 años terrestres que dura su recorrido.

ERIS: EL MÁS PESADO DE LOS PLANETAS ENANOS

Datos de interés

 

Diámetro: 2.326 km

Masa: 1,67 x 1022 kg

Distancia al Sol: 10,12 millones de km

Período orbital: 557 años terrestres

Composición: nitrógeno, hielo, metano, roca y magma

 

 

Eris es el más masivo de los planetas enanos. Su nombre oficial es (136199) Eris, se encuentra ubicado en el disco disperso del Cinturón de Kuiper y el único satélite natural que se le conoce es Disnomia.

Este planeta enano tiene una pronunciada inclinación con respecto al plano de la Tierra (aproximadamente 44 grados), lo que lo convierte en el objeto de mayor inclinación de todo el sistema solar. Debido a esta inclinación es que se ha demorado tanto su descubrimiento, ya que no se enfocaba hacia objetos de tanta inclinación.

¿Qué significa su nombre?

 

En la mitología griega, Eris es la diosa griega de la discordia y la lucha, en tanto, Disnomia es su hija, la diosa de la anarquía.

 

Makemake, cuyo nombre oficial es (136472) Makemake, es uno de los dos cuerpos más grandes del Cinturón de Kuiper. Fue descubierto en el Observatorio Palomar en el año 2005, tres años después fue aceptado por la Unión Astronómica Internacional como un planeta enano. Es de color rojizo y más pequeño que Plutón.

¿Sabías qué?
Makemake es el nombre del dios de la fertilidad en la mitología Rapanui, un grupo nativo de la isla de Pascua, ubicada 3.600 km de Chile.
Satélite

 

En abril de 2016 fue descubierto un satélite en órbita alrededor del planeta enano Makemake. Provisionalmente se lo ha llamado MK2, y su descubrimiento ha servido para reforzar la teoría de que la mayoría de los planetas enanos tienen satélites.

HAUMEA: PLANETA SIN FORMA ESFÉRICA

Datos de interés

 

Diámetro: 1.400 km

Masa: 4,2 x 1021 kg

Distancia al Sol: 6,5 millones de km

Período orbital: 281,9 años terrestres

Periodo de rotación: 3,9 horas

Composición: hielo, cianuros y otros compuestos desconocidos

Haumea fue detectado por primera vez en el Observatorio de Sierra Nevada en España y en 2005 se hizo el anuncio oficial de su descubrimiento.

Forma elipsoidal   

      

El eje mayor de Haumea es el doble de diámetro que el eje menor, lo que da una idea de su forma. Se cree que esta particular forma alargada y sus dos satélites podrían ser el producto de un choque con otro objeto de gran tamaño.

Este planeta enano se encuentra en el llamado Cinturón de Kuiper y cuenta con dos satélites naturales: Haumea I (Hi’aka) y Haumea II (Namaka). Es posible verlo con un telescopio aficionado por su brillo y su masa, que es de un tercio respecto a la de Plutón, pero se diferencia principalmente por su forma elipsoide.

Ubicación de los planetas enanos en nuestro sistema solar.
RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Planetas enanos”

Este apartado describe las características generales de los cinco planetas enanos descubiertos hasta ahora.

VER

Artículo destacado “¿Cómo se forman los planetas?”

Artículo explicativo sobre los procesos que formaron nuestro sistema solar.

VER

Rapidez y velocidad

Tanto la rapidez como la velocidad son dos magnitudes cinemáticas que a menudo se confunden. Ambas están relacionadas con la distancia recorrida o el desplazamiento efectuado, magnitudes que frecuentemente se usan como sinónimo, pero son diferentes. 

Rapidez Velocidad
Tipo de magnitud Magnitud escalar. Magnitud vectorial.
¿Qué relaciona? Distancia recorrida con el tiempo. Desplazamiento (cambio de posición) con el tiempo.
Considera la dirección del movimiento No tiene en cuenta la dirección del movimiento. Tiene en cuenta la dirección del movimiento.
Unidades En el Sistema Internacional la unidad de medida es m/s. En el Sistema Internacional la unidad de medida es m/s.
¿Depende de la dirección? No. Sí.
Fórmula v = \frac{d}{t}

 

Donde:

d = distancia

t = tiempo

\overrightarrow{v} = \frac{\overrightarrow{d}}{t}

 

Donde:

d = desplazamiento

t = tiempo

Corriente continua y corriente alterna

La corriente eléctrica es el desplazamiento ordenado de cargas eléctricas a través de un conductor. Según el sentido, ésta puede ser continua o alterna. Ambas son muy usadas e indispensables para el funcionamiento de artefactos electrónicos y del alumbrado público.

Corriente continua Corriente alterna
Abreviación DC (direct current). AC (alternating current).
Dirección del flujo de electrones Una sola dirección constante en el tiempo. Varía, cambia continuamente y no es constante en el tiempo.
Voltaje Constante. Cambios periódicos.
Polaridad Tiene polaridad (positivo o negativo). No tiene polaridad.
Frecuencia Siempre será igual a 0. Cerca de 50 a 60 Hz.
Fuente Baterías, electroquímicos y celdas fotovoltaicas. Alternadores.
Pérdida La transmisión de DC genera pérdidas mayores a la de AC. Para largas distancias habrá pérdida de corriente. La pérdida en la transmisión de AC es menor que la de DC. Este tipo de corriente es apta para recorrer largas distancias.
Ventajas
  • Puede almacenarse en baterías.
  • Puede reducirse su voltaje a niveles muy bajos para ser usado en dispositivos electrónicos.
  • Fácil transformación.
  • Facilidad de transporte a larga distancia.
  • Fácil y económico manejo cambio en los niveles de voltaje.
Aplicación En los dispositivos electrónicos y digitales. En los alumbrados públicos y viviendas.
Conversión De DC a AC se usan rectificadores y diodos semiconductores. De AC a DC se usan diodos, capacitores y reguladores.
Forma representativa

 

Ley de Coulomb y ley de gravitación universal

La ley de Coulomb y la ley de gravitación universal son de gran importancia para entender el comportamiento de dos de las fuerzas fundamentales en la naturaleza: la eléctrica y la gravitacional. Ambas leyes se representan por medio de expresiones matemáticas muy similares, sin embargo sus diferencias son notorias.

Ley de Coulomb Ley Gravitacional universal
Enunciado La fuerza eléctrica de atracción y repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza gravitacional de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Interacción Fuerza entre cargas. Puede ser atractiva o repulsiva. Fuerza entre masas. Siempre es atractiva.
Efectos Más evidente en cuerpos pequeños: los átomos. Más evidente en cuerpos grandes: galaxias, planetas y estrellas.
Expresión matemática F_{E} = K \frac{q_{1}q_{2}}{r^{^{2}}} F_{G} = G \frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}
Cuerpos implicados Cargas: q_{1}q_{2} Masas: m_{1}m_{2}
La distancia entre: Los centros de las cargas es r Los centros de las masas es r
Constante K = 9 . 10^{9} N.m^{2}/C^{2} G = 6,67 . 10^{-11} N.m^{2}/kg^{2}
Fuerza sobre el átomo de hidrógeno Carga del electrón del átomo de H

q_{1} = - 1,6 . 10^{-19} C

 

Carga del protón del átomo de H

q_{2} = 1,6 . 10^{-19} C

Masa del electrón del átomo de H

m_{1} = 9,1 . 10^{-31} kg

 

Masa del protón del átomo de H

m_{2} = 1,67 . 10^{-27} kg

Ondas sonoras

El sonido es producido por fuentes vibrantes colocadas en un medio que por lo general suele ser el aire, pero puede ser cualquier gas, líquido o sólido. Un objeto que vibra en el aire produce ondas de sonido a través del desplazamiento de las capas de sus partículas.

El sonido es una forma de energía que se transmite de un punto a otro como una onda.

¿Qué es una onda?

Una onda es una perturbación vibratoria en un medio que transporta energía de un punto a otro sin que haya un contacto directo entre los dos puntos.

Se puede decir que una onda es producida por las vibraciones de las partículas del medio a través del cual pasa.

Tipos de ondas

Hay dos tipos de ondas: longitudinales y transversales.

En las ondas longitudinales, las partículas del medio vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en que se mueve la onda. El medio puede ser sólido, líquido o gaseoso.

Por su parte, en las ondas transversales las partículas del medio vibran hacia arriba y hacia abajo en ángulo recto hacia la dirección en que se mueve la onda. Estas ondas se producen sólo en sólidos y líquidos, pero no en los gases.

El sonido es una onda longitudinal que consiste en compresiones y rarefacciones que viajan a través de un medio.

Características de las ondas sonoras

Los sonidos de diferentes objetos se pueden distinguir en base a sus diferentes características:

Volumen

La sonoridad es la característica del sonido por la cual se pueden distinguir los sonidos fuertes y débiles. Por ejemplo, cuando una persona habla con otra su voz es baja, pero cuando lo hace en una reunión pública su voz es alta.

La sonoridad depende de una serie de factores:

  • Amplitud del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido varía directamente con la amplitud del cuerpo vibrante. Por ejemplo, cuando al tocar un tambor con fuerza la amplitud de su membrana aumenta y se escucha un sonido fuerte.
  • Área del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido también depende del área del cuerpo vibrante. Por ejemplo, el sonido producido por un tambor grande es más fuerte que el de uno pequeño debido a su gran área vibratoria. La sonoridad aumenta con el área del cuerpo vibrante y viceversa.
  • Distancia desde el cuerpo vibrante: la sonoridad también depende de la distancia del cuerpo vibrante al oyente. Es causada por la disminución de la amplitud debido al aumento de la distancia.

Tono

El tono es la característica del sonido por la cual podemos distinguir entre un sonido agudo o grave, y depende de la frecuencia. Un tono más alto significa una frecuencia más alta y viceversa.

Frecuencia

La frecuencia es el número de vibraciones de sonido que pasan en un segundo. Por ejemplo, la frecuencia de la voz de las mujeres y los niños es mayor que la de los hombres.

Calidad

Es la característica del sonido por la cual se puede distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y el tono. Por ejemplo, si una persona está fuera de una sala puede distinguir entre las notas de un piano y una flauta que se tocan dentro de la sala, esto se debe a la diferencia en la calidad de estas notas.

Intensidad

Es la energía del sonido que pasa por segundo a través de una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación del sonido. Las ondas sonoras transfieren energía desde la fuente sonora al oyente. La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda.

¿Sabías qué...?
La sonoridad depende no sólo de la intensidad del sonido sino también de las condiciones físicas del oído ya que el oído humano es más sensible a algunas frecuencias que a otras.

Reflejo del sonido

Cuando una persona aplaude o grita cerca de una superficie reflectante, como un edificio alto o una montaña, vuelve a escuchar el mismo sonido un poco más tarde. Ese sonido que escucha se llama eco y es el resultado de la reflexión del sonido desde la superficie.

Energía del sonido

Es la energía producida cuando las ondas se mueven hacia afuera desde un objeto vibrante o fuente sonora. Cuando las moléculas de aire alrededor de las ondas comienzan a vibrar, las ondas de sonido son transportadas.

Diferencia entre eco y reverberación

Cuando el sonido incide en la superficie de un medio y rebota, se llama eco o reflejo del sonido. La reverberación es el reflejo múltiple de las ondas sonoras.

La sensación de sonido persiste en nuestro cerebro durante aproximadamente 0,1 s. Para escuchar un eco claro, el intervalo de tiempo entre nuestro sonido y el sonido reflejado debe ser de mayor a 0,1 s si este es menor a 0,1 s se produce reverberación.

Propagación del sonido

En el aire, el sonido se transmite por las variaciones de presión de su fuente al entorno. El nivel de sonido disminuye a medida que se aleja cada vez más de su fuente.

Si bien la absorción por el aire es uno de los factores que atribuyen al debilitamiento de un sonido durante la transmisión, la distancia juega un papel más importante en la reducción del ruido durante la transmisión. La reducción de un sonido se llama atenuación.

El efecto de la atenuación de la distancia depende del tipo de fuentes de sonido. La mayoría de los sonidos o ruidos que se encuentran en la vida cotidiana provienen de fuentes que se pueden caracterizar como fuentes puntuales o lineales.

Si una fuente sonora produce una propagación esférica del sonido en todas las direcciones, es una fuente puntual. Si la fuente sonora produce una propagación cilíndrica del sonido, se puede considerar como una fuente lineal.

Las fuentes sonoras puedes ser naturales o artificiales de acuerdo a su origen.

Cálculo de los valores de una proporción matemática

Hallar el valor de un extremo.

1) a/b = c/x

Según la primera propiedad

a · x = b · c

por lo que se tiene que:

O sea, en toda proporción un extremo es igual al producto de los medios divididos por el otro extremo.

Ejemplo
Hallar el valor de un extremo en una proporción continua.
1) a / b = b / x
Según la primera propiedad
a · x = b · b
se pasa a al otro miembro

; o bien:

2) En toda proporción continua un extremo es igual al cuadrado del medio proporcional dividido por el otro extremo.
Ejemplo
Hallar el valor del medio de una proporción.
1) a / x = c / d
De acuerdo con la primera propiedad
a · d = c · x
y el factor c pasa al otro miembro
3) En toda proporción un medio es igual al producto de los extremos dividido por el otro medio.
Ejemplo
Hallar el valor del medio de una proporción continua.
a / x = x / d
De acuerdo con la primera propiedad


En toda proporción continua el medio es igual a la raíz cuadrada del producto de los extremos.

Las matemáticas en la música

Los sonidos emitidos por los instrumentos de cuerda tales como violín, guitarra, piano, etc., resultan de la vibración de las cuerdas que dicho instrumento posee.

Ahora bien, la altura de la nota musical dada depende tanto de la longitud de la cuerda con que se emite, como de la tensión que esta última soporta.

El monocordio de Pitágoras

Ya Pitágoras había descubierto a través de la utilización de un monocordio, que: “Si una cuerda y su tensión permanecen inalteradas, pero se varía su longitud, el período de vibración es proporcional a su longitud”. Supongamos que un fabricante de pianos utilizara, siguiendo a Pitágoras, cuerdas de idéntica estructura pero de diferentes longitudes para lograr la gama de frecuencias de que goza dicho instrumento. En un piano, con notas de frecuencia comprendida entre 27 y 4.096, la cuerda de mayor longitud resultaría 150 veces más larga que la de menor longitud.

Las leyes de Mersenne

Obviamente, ello hubiera impedido la construcción del piano de nuestro ejemplo, de no mediar las dos leyes del matemático francés Mersenne. La primera dice que: “Para cuerdas distintas de la misma longitud e igual tensión, el período de vibración es proporcional a la raíz cuadrada del peso de la cuerda”. El mayor peso se consigue, generalmente, arrollándole en espiral un alambre más delgado. Así se evita la excesiva longitud de las cuerdas asignadas a los graves.

La segunda ley expresa: “Cuando una cuerda y su longitud permanecen inalteradas pero se varía la tensión, la frecuencia de la vibración es proporcional a la raíz cuadrada de la tensión”. Siguiendo esta ley se evita que las cuerdas resulten demasiado cortas en los agudos, aumentando su tensión. La incorporación de marcos de acero a los modernos pianos, ha posibilitado tensar los alambres hasta valores insospechados antiguamente y que rondan las 30 toneladas.

¿Hay proporciones geométricas en un piano?

Desde fines del siglo XVIII existe la escala temperada que divide la octava en 12 semitonos iguales de distancia. Los intervalos entre notas en dicha escala siguen una progresión geométrica de razón 12 2. Así están afinados, por ejemplo, todos los pianos modernos.