¿Cómo se midió por primera vez la velocidad del sonido de forma precisa?

Marin Mersenne

Como cualquiera puede saber, durante una tormenta se ve mucho antes caer al rayo que escuchar al trueno. Esta diferencia se debe fundamentalmente a la gran diferencia existente entre las velocidades de la luz y del sonido. La luz (en este caso el rayo) llega a nuestras retinas de forma prácticamente instantánea, ya que la velocidad de la luz en la atmósfera está cerca de los 300.000 km/s. El sonido (en este caso el trueno) llega tarde con una notable diferencia. En caso de tormentas lejanas, esta diferencia puede llegar a ser de varios segundos.

La diferencia es notable a día de hoy, y era notable hace varios siglos. Lo que no era tan sencillo era determinar con precisión la velocidad del sonido. Si bien en este caso se podía hacer una buena aproximación (a diferencia del caso de la medición de la velocidad de la luz), las aproximaciones tenían una fuerte dependencia de la capacidad de reacción del ser humano que efectuaba la medición, y hace varios siglos no existía un reloj lo suficientemente preciso como para determinar medidas de centésimas de segundo.

Ya en la antigua Grecia, Aristóteles experimento con las vibraciones de las cuerdas y el agradable sonido que producían. Con esto, basándose más en la filosofía que en las pruebas experimentales, determinó que el sonido se propagaba en a través del movimiento del aire. Su falta de base se demostró cuando hipotetizó sobre el hecho de que las altas frecuencias se desplazaban a mayor velocidad que las bajas frecuencias.

Después de la oscura Edad Media, Leonardo da Vinci retomó la idea de que el sonido se desplazaba mediante ondas en el aire, pero nadie se planteo firmemente medir su velocidad hasta Marin Mersenne . Éste matemático francés, a menudo llamado “el padre de la acústica”, estuvo la mayor parte de su vida encontrando el sentido matemático de la música. Por ello, en uno de sus muchos experimentos analizando los ecos del sonido, intentó medir la velocidad del mismo aprovechándose del eco. Su método, pese a la ausencia de un sistema de medición preciso, le permitió establecer una velocidad para el sonido alejándose únicamente un 10%.

Varios fueron lo que lo intentaron después de Mersenne, pero todos los que se aventuraron a medirlo del mismo modo que Mersenne dependían en exceso de la capacidad de reacción de la persona que efectuaba la medición, por lo que sus resultados tuvieron un margen de error similar.

En 1687, Isaac Newton publicaba su teoría del sonido en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. En ella exponía cómo la propagación del sonido a través de cualquier fluido dependía únicamente de las propiedades físicas del propio fluido, tales como la elasticidad y la densidad del mismo. De este modo Newton hizo la primera aproximación teórica a la velocidad del sonido, el cuál difirió de la real en un 16%.

Henri-Victor Regnault | Imagen: NNDB

En 1864, el físico francés Henri-Victor Regnault diseñó un aparato para llevar a cabo la primera medición automática de la velocidad del sonido. El aparato en cuestión consistía en un cilindro giratorio revestido de papel sobre el que una pluma trazaba una línea. Ésta pluma tenía una conexión eléctrica que provocaba que pudiera cambiar de posición en función de si recibía corriente (la pluma se acercaba al papel) o no (la pluma se alejaba del papel).

El circuito diseñado por Regnault tenía dos interruptores en paralelo. El primero de los interruptores estaba conectado al rifle, comenzando el experimento cerrado, y el segundo estaba conectado a un diafragma sensible al sonido, comenzando el experimento abierto. De este modo, al comenzar el experimento la pluma pintaba sobre el cilindro, al disparar el rifle la pluma se alejaba del cilindro, acercándose de nuevo una vez que el sonido llegase al sensor, situado a varios cientos de metros de distancia.

Como Regnault conocía la velocidad a la que el cilindro giraba, así como el perímetro del cilindro, tan sólo tuvo que medir el trecho que había dejado la pluma sin pintar, consiguiendo aproximar la velocidad del sonido a 1200 km/h. Con esto, Regnault consiguió la primera buena aproximación a la velocidad del sonido, alejándose tan sólo en un 3% de la velocidad real, que a día de hoy, gracias a otros sistemas más complejos como el tubo de Quincke, se puede determinar con gran precisión.


24 Comentarios

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AntonioAntonio

¿La velocidad de la luz no es 300.000km/s en lugar de los 300.000m/s que se indica en el post?

EugeEuge

Recuerda q al principio dice esto:La luz (en este caso el rayo) llega a nuestras retinas de forma prácticamente instantánea, ya que la velocidad de la luz en la atmósfera está cerca de los 300.000 km/s.
Asi que esta bien lo que dice en el articulo

javiguardiolajaviguardiola

Interesante como casi todo en este blog, pero faltan 3 ceros en la velocidad de la luz 300.000 Km/s

DanielDaniel

Corrige el link de ¿cómo se midio por primera vez la velocidad de la luz? Sólo hay que quitar el paréntesis de cierre del final, que se ha colado dentro del link.
Saludos.

GorpikGorpik

Una pequeña precisión sin mucha importancia. Dices que “En caso de tormentas lejanas, esta diferencia [entre la percepción del rayo y el trueno] puede llegar a ser de varios segundos.” Con tener el rayo a 700 metros ya es suficiente para una diferencia de dos segundos. Por tanto, no hace falta que la tormenta sea lejana; aunque la tengas encima, las nubes suelen estar a más altura.

timpytimpy

“El primero de los interruptores estaba conectado AL rifle (…)” También cambiaría ese AL por un A UN, ya que no se ha hablado de ningún rifle con anterioridad. Un error sutil pero que despista un huevo.

Acerca del artículo: Si yo viviera en el siglo XVIII (aparte de gozarlo con mi peluca rizosa, lunar falso y pantalones ajustados pantorrillalmente hablando) intentaría medir la velocidad del sonido con dos relojes los cuales son llevados por dos personas separadas por, digamos, 1 km. El primero pega un martillazo a un yunque en un segundo exacto determinado y la otra persona para el reloj cuando lo oiga. Se repite el experimento muchas veces para minimizar el error y se tiene en cuenta la velocidad de reacción del escuchante (digamos 2 ó 3 décimas de seguindo). Con eso ya tienes los Km. por segundo.

Basic128Basic128

Siento ser uno más que venga a destacar errores en el artículo, pero hay un problema con unas tildes que salta a la vista. Me refiero por ejemplo, al “planteo” sin tilde y la tilde de “este” en “Este matemático francés…” Aquí se nota que prestáis atención a la ortografía y solo por eso lo comento. En todo caso, mil gracias por el artículo.

http://buscon.rae.es/draeI/SrvltGUIV...DVERBO=8636
http://buscon.rae.es/dpdI/SrvltGUIBu...=tilde2#321
(En este último caso, decir que en la próxima versión de la ortografía los demostrativos nunca llevarán acento)

txaumetxaume

emmm ¿la velocidad de la luz en la atmósfera es distinta de la velocidad en el vacío?

LichiLichi

Pequenio detalle. En el post dice que Regnault era un físico francés. En el enlace de la Wiki dice que era químico y que nació en Aquisgrán (Aachen) que es una ciudad alemana. O sea

Físico Francés —> Químico Alemán

Milhaud

Como ya te comentan abajo, fue físico y químico, pero en este caso he querido recalcar el aspecto físico de su carrera porque es lo que aplica en este caso (estamos hablando de conceptos físicos, y no químicos).

A parte, Aachen formó parte de Francia durante quince años (entre 1801 y 1815), y dado que Regnault nació en 1810, se le considera francés.

KsertKsert

“Henri Victor Regnault (21 de julio de 1810 – 19 de enero de 1878) fue un químico y físico francés conocido por sus cuidadosas mediciones de las propiedades termales de los gases. Fue un pionero de la termodinámica y mentor de Lord Kelvin en la década de 1840.”

No quiero despreciar tu forma de leer Lichi, pero, según Wikipedia, “físico y químico francés”

Respecto a la entrada; muy buena, aunque me esperaba algo más preciso y detallado por el título.

JamesinJamesin

Vaya que son buenos para medir la velocidad de las erratas jeje saludos excelente post

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