El sonido es una onda mecánica que requiere un medio para propagarse. Y ese medio es el aire atmosférico. Cuando el viento fluye, el medio mismo se mueve.
Ahora usemos una analogía. Suponga que está en un autobús y que el autobús también se está moviendo. Cuando te levantas y comienzas a caminar a cierta velocidad v, para las personas en el autobús te mueves a una velocidad v pero para las personas en el suelo te mueves a la velocidad v + (velocidad del autobús).
De manera similar, en el caso del sonido, la velocidad del sonido en un medio depende solo del módulo de volumen y la densidad del medio.
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Supongamos que el sonido tiene una velocidad de “Vs” en el aire y que el medio (aire) se mueve a la velocidad “m”. En este caso también la velocidad del sonido en el aire es Vs. Al igual que su velocidad será v para el autobús y su observador. Entonces, para cualquier cosa que fluya con el viento, la velocidad del sonido será Vs. Pero para un observador estacionario, la velocidad del sonido parecerá (Vs + m) si el viento fluye en la dirección de propagación del sonido y si la dirección del viento es opuesta, entonces la velocidad del sonido para el observador estacionario será (Vs-m ) Para cualquier otra dirección intermedia necesitaremos usar leyes de vectores.
Esto se debe a que el medio mismo se está moviendo. Imagínalo así. Si se emite un sonido a distancia y comienza a moverse hacia el observador. Y el medio (aire) en sí mismo también se está moviendo hacia el observador, el medio básicamente está llevando la onda en movimiento hacia el observador, por lo tanto, se agrega su contribución. Como resultado, el sonido llegará más rápido para el observador. Entonces el observador percibirá que la velocidad del sonido será más rápida. En caso de que el viento fluya en dirección opuesta, el medio básicamente está tratando de alejar la onda de sonido del observador. Si la velocidad del medio es más lenta que la velocidad del sonido, terminará desacelerando la onda de sonido para el observador. Por lo tanto, llegará al observador en más tiempo. Entonces el observador lo percibirá como más lento.
Esto se seguirá no incluso si la velocidad del medio es más rápida que la velocidad del sonido. Ahora, si el medio (aire) se mueve en dirección opuesta con una velocidad más rápida que el sonido, el medio básicamente está alejando la onda de sonido del observador. Entonces, la onda de sonido nunca llegará al observador porque para el observador se moverá en dirección opuesta.
Comprendamos esto usando el ejemplo:
Deje que la velocidad del sonido en el aire sea 340 m / s. Y el viento fluye a una velocidad de 350 m / s hacia el este. Que haya una fuente S que emita sonido en todas las direcciones.
Para un observador parado al este de S, la velocidad del sonido parecerá ser (Vs + m) = (340 + 350) = 690 m / s. Para este observador, la velocidad del sonido está en la dirección del viento que fluye.
Para un observador parado al oeste de S, la velocidad del sonido es opuesta al viento que fluye. Para este observador, la velocidad del sonido parecerá ser (Vs-m) = 340–350 = -10 m / s. Aquí el signo “-” indica que el sonido se alejará del observador, es decir, hacia el Este.
¡Lo interesante aquí es que el observador parado al este de S escuchará el sonido emitido por S dos veces! Porque dos ondas sonoras irán hacia él. Uno que se movía hacia él con 690 m / sy otro que se movía hacia él a 10 m / s.
Para los observadores al norte y al sur de S, la velocidad del sonido parecerá ser de 340 m / s. Y para todas las demás observaciones tendremos que usar leyes de vectores.
Editar: Cambios en el efecto Doppler:
Fórmula efecto Doppler:
Dado que tanto para el observador como para la fuente, cuando todo el medio se mueve, la velocidad del sonido parece cambiar. Entonces, en el caso del efecto Doppler, todo lo que necesita hacer es conectar la (velocidad del sonido + velocidad del viento) en lugar de solo la velocidad del sonido. Entonces la fórmula del efecto Doppler en caso de viento será:
Donde Vw es la velocidad del viento y usa + o – dependiendo de la dirección del viento.
Lo interesante aquí es que cuando el observador y la fuente son estacionarios (Vobs = 0 & Vsrc = 0) no hay cambio en la frecuencia, es decir, sin efecto Doppler. ¿Pero por qué?
Tomemos el mismo ejemplo de la fuente S. Viento que fluye hacia el este. Imagine que el sonido se genera en la fuente para el observador en Oriente. A medida que se produce la onda de sonido, el viento que fluye se estira y aumenta la longitud de onda. Pero para el observador en el Este, la onda de sonido se mueve más rápido que la velocidad del sonido debido al viento. Entonces, el viento que estira la onda de sonido también hace que la onda de sonido pase más rápido para el observador. Como la longitud de onda pasa más rápido para el observador, parece ser más corta para el observador. Por lo tanto, el efecto del estiramiento de la longitud de onda se cancela.
Este efecto será el mismo incluso si el viento se mueve más rápido que la velocidad del sonido. Una idea errónea que puede existir es que cuando el viento fluye en la dirección opuesta de la onda de sonido, se producirá una explosión sónica. Pero eso no es verdad. Para que ocurra una explosión sónica, las ondas de sonido deben acumularse en un lugar. Pero en caso de que el viento fluya en dirección opuesta, tan pronto como la fuente produce el sonido hacia el oeste, el viento del este lo lleva a la otra dirección. Esto se debe a que el viento fluye continuamente y transporta ondas de sonido, evitando que las ondas de sonido se acumulen en un lugar. Es como si el sonido se produjera en dirección Este (a 10 m / s en el ejemplo anterior). Así que no hay auge sónico.
