¿Por qué la velocidad del sonido es mucho más lenta que la velocidad de la luz?

La velocidad de la luz en el vacío es la más rápida, y cualquier interacción puede viajar de acuerdo con nuestra comprensión actual. Como tal, realmente no se te ocurre nada más rápido.

La velocidad del sonido es la velocidad que las ondas viajan en el medio, no la velocidad de la interacción. Como tal, la velocidad del sonido está determinada por las propiedades mecánicas del medio.

Consideremos un ejemplo muy simplificado. Dislocas un conjunto de átomos en un sólido. Los átomos cercanos sentirán esto a la velocidad de la luz, al igual que los átomos más adelante, y así sucesivamente. Sin embargo, esto no es lo que se entiende por movimiento ondulatorio. Los átomos próximos a los dislocados comenzarán en su posición inicial y solo lentamente (velocidad de la luz) se moverán a nuevas posiciones. Solo cuando los átomos próximos se hayan movido a una nueva ubicación, los átomos más alejados comenzarán a moverse, y así sucesivamente.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales (de compresión) que requieren un medio para propagarse. Cuando se introduce una fuente de excitación, una columna de átomos se comprime y transfiere su energía a una columna adyacente que induce el proceso cada vez más a lo largo de la longitud disponible. espacio (o hasta que no quede más energía para transferir más y se haya perdido en colisiones anteriores).
El factor importante aquí es la disponibilidad de un medio para propagar energía. La rapidez con que el medio se comprime para transferir energía depende de la compresibilidad de la sustancia. Cuanto menor es la compresibilidad, las ondas de sonido más rápidas pueden viajar allí. Las ondas longitudinales están, por lo tanto, restringidas por esta propiedad del material (y también por el hecho de que ninguna sustancia es perfectamente incompresible).
Las ondas de luz son ondas transversales y son el resultado de la alternancia de campos eléctricos y magnéticos que se propagan ortogonales entre sí. Por lo tanto, no dependen de un medio para atravesarlo. Sus velocidades difieren a medida que pasan a través de varios medios (principalmente cuando interactúan con otras partículas del medio y pierden energía), pero en el vacío siempre viajan a una velocidad constante: la universal Límite de velocidad.

Déjame darte una analogía

Suponga que está pasando una información / energía (señal) a través del método de retransmisión.
Entonces, A se lo da a B, B se lo da a C y así sucesivamente.

El proceso aquí contiene 2 partes que lleva tiempo.
1) información / energía que va de A a B.
2) Tiempo que toma B entre obtener la señal y pasarla a C.

Entonces, la señal es la mayor parte del tiempo en forma de fuerza electromagnética. Que es la luz misma.

Entonces, en caso de luz, la parte 1 toma tiempo como velocidad de la luz, y la parte 2 no toma tiempo en absoluto. Tan pronto como se cambia el campo eléctrico en un punto, comienza a cambiar el campo magnético en el siguiente punto. Recuerde, la luz es una onda electromagnética en sí misma, donde el campo magnético y eléctrico oscila en todos los puntos de la trayectoria de la onda.

Pero en el caso del sonido, las moléculas son oscilantes.
lo que significa que la partícula A irá a la partícula B lo suficiente como para proporcionar información / energía en forma de fuerza electromagnética que viajará a la velocidad de la luz, luego B se moverá cerca de C. Aquí, la parte 1 toma el mismo tiempo, pero la parte 2 también mucho tiempo.

La partícula, por supuesto, se mueve muy lentamente en comparación con la luz, tiene masa, por lo que necesita acelerar para moverse. La aceleración es bastante baja y depende del material y la fuerza electromagnética producida cuando 2 de ellos se acercan.

Dado que el aire es muy delgado, las moléculas tendrán que viajar largas distancias y tener una velocidad general menor y la aceleración también es baja porque las moléculas pueden moverse con bastante libertad.

En caso de sólidos, la estructura es densa. Si una molécula recibe la más mínima perturbación en su posición, la alteración de la energía sería bastante grande.
Por lo tanto, no necesitan viajar más, y lo que sea que necesiten viajar es más rápido debido a una mayor aceleración.

Esta es la razón, escuchará cuanto más denso sea el objeto con más velocidad de sonido.
Espero haberte ayudado a entender de manera diferente a los demás.

La velocidad del sonido se rige por la compresibilidad y la densidad del
medio. Cuanto mayor es la resistencia a la compresión, mayor es la velocidad del sonido.
Cuanto mayor es la densidad, más lenta es la velocidad del sonido V = sqrt (k / rho)

La velocidad de la luz depende de la susceptibilidad magnética y la permitividad eléctrica del medio. Estos son un máximo en espacio libre
c = sqrt (mu_0 epsilon_0)

La luz y el sonido tienen procesos de propagación totalmente diferentes. Sonido y luz
puede acoplarse en medios especiales, medios piezoeléctricos, pero ese es un caso especial.

La velocidad del sonido es lenta por la misma razón que su automóvil es lento.

El sonido y la luz se sienten como si estuvieran conectados de alguna manera porque tenemos órganos para detectar cada uno que, en cierto sentido, están en el mismo pie, pero el sonido tiene mucho más en común con su bicicleta que con la luz. La luz se propaga como una onda sin masa; viaja a la velocidad más rápida posible en el universo.

El sonido, por el contrario, está hecho de moléculas en movimiento. Lo más rápido que podría llegar ese sonido es tan rápido como se mueven las moléculas individuales. Las moléculas, que tienen masa, solo pueden moverse tan rápido como la energía que tienen les permite. Son muy pequeños, lo que significa que un poco de energía los moverá muy rápidamente, pero en un gas tienen que lidiar con chocar entre sí. Terminan moviéndose de manera desorganizada, lo que los ralentiza.

Tanto la luz como el sonido se propagan de manera invisible y rápida, por lo que es tentador ponerlos en la misma categoría, pero en realidad son fenómenos físicos muy diferentes. El sonido se ralentiza por la necesidad de llevar todo ese volumen junto con él. Incluso en un material rígido, como una varilla de acero, el sonido se ralentiza por la necesidad de transportar la energía de un átomo al siguiente, y los átomos siempre se moverán mucho más lentamente que la velocidad de la luz. El sonido se propaga más rápido en el acero que en el aire, pero en comparación con la luz, su velocidad se parece mucho más a un caballo al galope que a la cosa más rápida del universo.

Viajar por el sonido y viajar por la luz tiene una gran diferencia. Viajar por la luz implica viajar por paquetes discretos de energía. Mientras que el sonido es un flujo de onda continua de energía. Además, desde el punto de vista de las partículas, la luz consiste en partículas llamadas fotones y se mueven como un todo, mientras que el sonido no implica esto, sino que implica la vibración de las partículas de materia hacia adelante y hacia atrás en su propia posición.

Las ondas de luz (que son radiación electromagnética) pueden viajar con o sin un medio (en el vacío o en el espacio), por ejemplo: nuestras señales de radio e inalámbricas, los rayos de luz del sol, etc. Sin embargo, las ondas de sonido requieren un medio para viajar, ya que la energía del sonido solo puede propagarse cuando las moléculas que vibran en sus frecuencias normales son perturbadas y comienzan a vibrar con más desplazamiento, lo que causa colisión entre las moléculas vecinas y la transferencia de energía a lo largo del medio.

La densidad del medio en el que viajan las vibraciones tiene un gran efecto en su velocidad. El sonido tiende a viajar más rápido cuanto más densos son los medios de transmisión y viceversa.

La velocidad del sonido es la velocidad a la que las ondas de presión pueden atravesar la atmósfera. Varía dependiendo de todo tipo de cosas, como la presión del gas y puede calcular la velocidad del sonido en un gas si conoce los valores de las diversas variables involucradas.
La velocidad de la luz no es realmente una velocidad en absoluto. en ese sentido, y si observas algo de la física detrás de la luz y la forma en que se mueve, obtienes algunas respuestas muy divertidas.
En resumen, no son realmente comparables, aunque es fácil pensar que deberían serlo.

Las ondas de luz son ondas en el éter; Las ondas sonoras son ondas en el aire. El éter es mucho más elástico que el aire, por lo que las ondas viajan mucho más rápido a través de él, aproximadamente 900,000 veces más rápido.

Además, por definición, velocidad = distancia / tiempo
La luz viaja más distancia en menos tiempo y viceversa en el caso del sonido.

El sonido es un conjunto de vibraciones producidas en la columna de aire. Por lo tanto, la velocidad finalmente disminuye. Las ondas de luz son electromagnéticas, por lo que no requieren un medio para viajar, mientras que el sonido REQUIERE un medio material para su propagación.

La onda de sonido tiene que crear el camino por el que viaja, a medida que avanza, empujando cosas pesadas (moléculas y otras cosas). Eso lleva algo de tiempo 😉

La onda de luz, por otro lado, tiene el camino ya creado para ella, por el mero espacio, por lo que no hay mucho que empujar mientras uno viaja.

Por lo tanto, las ondas de luz están más cerca de ser la información real transportada por la onda misma, en contraste con las ondas de sonido, que tienen que manifestar continuamente su información con un trabajo laborioso y lento.

Una analogía es que las ondas de sonido son automóviles y las ondas de luz son aviones.

NOTA : Conozco la física hasta cierto punto, por lo que mis representaciones aquí son meras herramientas pedagógicas. Y sí, podría sumergirme en el parecido más cercano por méritos de ZPF, etc., pero eso es para otro día.

Mi primer pensamiento es: “así son las cosas”. Apenas puedo decir mejor en un minuto, ya que estas dos cantidades me parecen completamente desconectadas. Me asocio a la respuesta de Rohit (+ el hecho de que también hay ondas de sonido transversales en los sólidos además de las longitudinales)