¿Por qué el sonido necesita un medio como el aire o el agua para viajar, pero las ondas de radio no?

Esta es una excelente pregunta. Me gustaría complementar la excelente respuesta de Richard Muller, como suelo hacer, con una cita de mi libro que muestra cómo el físico Paul Drude (y yo) nos sentimos al respecto. También debo señalar que en la teoría cuántica de campos, todo es un campo. Mi libro está escrito para mostrar a un público lego cómo QFT resuelve todas las paradojas de la relatividad y la mecánica cuántica. Puedes leer los capítulos 1 y 10 gratis en quantum-field-theory.net. Aquí está el extracto:

“Cuando la naturaleza ondulatoria de la luz se hizo evidente por primera vez, se postuló una sustancia llamada éter” para agitar “. Se suponía que esta sustancia luminosa (portadora de luz) impregnaba el espacio en todas partes, pero que era completamente invisible e indetectable … Al igual que las ondas de agua son oscilaciones en el agua, pensaron los físicos, así que debe haber una sustancia para transportar los campos eléctricos y magnéticos oscilantes.

“Uno sabe de dónde proviene nuestra creencia en el éter. Cuando la luz nos llega desde una estrella lejana … ya no está en la estrella y aún no en la tierra. Es necesario que esté en algún lugar, sostenido, por así decirlo, por algún apoyo material. – H. Poincaré

“A Maxwell, sin embargo, nunca le gustó el éter, llamándolo” una hipótesis científica muy conjetural “. Para él era suficiente que las ondas se propagaran a través del campo electromagnético, a la Faraday.

Adiós éter . La teoría de la relatividad especial de Einstein (véase el Capítulo 7), introducida en 1905, se basaba en la idea de que no existe el movimiento absoluto. Sin embargo, un éter, si existiera, constituiría un sistema natural “en reposo” y, por lo tanto, sería la base para definir el movimiento absoluto. Así, a medida que la teoría de la relatividad fue gradualmente aceptada, el concepto de un éter retrocedió. En QFT no hay éter; solo hay espacio que tiene propiedades físicas. De hecho, toda la cuestión puede ser semántica. Como Paul Drude escribió en 1900:

“ La concepción de un éter absolutamente en reposo es la más simple y más natural, al menos si el éter no se concibe como una sustancia, sino simplemente como un espacio dotado de ciertas propiedades físicas. – P. Drude “

Las ondas de radio tienen un medio para viajar. Se llama “el vacío”.

Sé que probablemente pienses que el vacío no es un medio, que es simplemente “nada”. Pero no se trata de esa manera en la física cuántica. Se puede polarizar, tiene una densidad de energía de vacío, está lleno de un campo de Higgs, su volumen puede ser alterado por la presencia de energía o momento, y contiene una energía oscura. Es mucho más que el vacío.

De hecho, un colega que es un físico teórico a tiempo completo (solo me inclino por la teoría) me dijo que piensa en el vacío como una membrana, algo que puede estirarse. Pero no solo se extiende a las tres dimensiones espaciales; También se extiende a dimensiones abstractas, incluida la dimensión del campo eléctrico. Así es como él piensa al respecto.

Mire un libro de texto sobre teoría cuántica de campos (como el de Bjorken y Drell, el que usé) y encontrará capítulos completos sobre las propiedades del vacío.

A muchos de nosotros nos enseñaron que el “éter” del electromagnetismo no existe. El gran teórico de la física cuántica, Eyvind Wichmann, me dijo que el éter nunca abandonó la física. Se descubrió que era invariante de Lorentz, y pasó a llamarse “el vacío”.

Gracias por A2A.

El sonido es una vibración a través de un medio (átomos). Estos átomos se mueven de un lado a otro intercambiando energía que podemos registrar. La velocidad de esta vibración depende de las propiedades de la materia. Las fuerzas involucradas son electromagnéticas. En el nivel más fundamental, todo el electromagnetismo puede modelarse mediante el intercambio de fotones entre partículas elementales.

La luz, los rayos gamma y las ondas de radio también son fotones en el nivel más fundamental que interactúan con las partículas a distancias muy largas (o en un medio profundo, dependiendo de qué tan bueno o malo interactúa el pulso de luz con las partículas en el medio).

En ambos casos, se puede decir que de alguna manera los fotones se intercambian a través del vacío. En el caso del sonido, tiene muchas partículas involucradas que ralentizan el intercambio de energía a la velocidad del sonido. En el caso de la luz, las partículas están solo en el extremo emisor y receptor y la luz puede viajar sin obstáculos a través del vacío.

Pensemos en una fuente de ondas de sonido y la fuente de ondas de radio. Las cuerdas vocales vibratorias en función del tiempo no producirán ondas sonoras si no tienen nada que empujar, incluso si hay una capa de agua en las cuerdas vocales, simplemente se disparará al espacio. Necesita un medio para rechazar, por lo que un cambio temporal en un lugar se acopla a un cambio espacial adyacente.

La fuente de las ondas de radio es una carga acelerada. Una carga produce un campo eléctrico variable en el tiempo. Sin embargo, un campo eléctrico que varía con el tiempo produce un campo magnético que varía espacialmente, que cuando cambia temporalmente producirá un campo eléctrico que varía espacialmente y, por lo tanto, el campo electromagnético puede propagarse. Estos se resumen en las ecuaciones de Maxwell (ley de Faraday y ley de Ampere).

En cierto sentido, la diferencia es que un campo eléctrico no cambia debido a una fuerza, sin embargo, un desplazamiento de agua o aire necesita una fuerza real, por lo que es necesario que un medio físico se empuje uno contra el otro para acoplar la excitación temporal. de la fuente al espacio.

A2A

Las ondas sonoras son ondas mecánicas / longitudinales. Todas las ondas longitudinales son ondas mecánicas (parece que sí). Como puede ver en el nombre, esto sugiere que el sonido necesita un medio para que ocurran “vibraciones mecánicas y excitaciones”. Cuanto más denso es este material, más “vibraciones y excitaciones” ocurren, aumentando efectivamente la velocidad de la onda de sonido.
La luz es una onda transversal (solo una, si tengo razón), y no necesita material para actuar como medio porque las ondas se deben a “excitaciones y vibraciones” de los campos, a saber, el eléctrico y el magnético, en ángulos perpendiculares. el uno al otro y la dirección hacia donde se mueven estas olas. Como los campos eléctricos y magnéticos caen considerablemente cuando se introducen en un medio, disminuyen su velocidad a medida que avanzan hacia materiales más activos eléctricamente y magnéticamente.
Como puede ver, cuanto más denso / elástico es el material, más rápida es la onda de sonido. Pero para las ondas transversales como la luz, la velocidad depende completamente de las características del material, no de su densidad / elástico.

La mayoría de las respuestas que veo aquí no dan en el blanco, son muy engañosas o hacen más para confundir el problema que para responderlo, no lo explican en absoluto.

El sonido y la luz son energía.

El sonido es una onda de compresión o desplazamiento (choque) que viaja a través de un medio sólido, líquido, gaseoso o plasma. Esencialmente, las moléculas chocan entre sí de manera ordenada y lineal. En el vacío, las pocas moléculas o átomos que están presentes (si los hay) están básicamente demasiado separados para chocar entre sí, por lo que el sonido carece de un medio a través del cual propagarse.

Las emisiones de radio y otras emisiones electromagnéticas (EM), que incluyen microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X, rayos gamma, etc., es una corriente lineal de partículas cuánticas (fotones) con propiedades de onda cuántica.

Estas son simplificaciones excesivas severas, pero no hay espacio aquí para un curso semestral de física.

Si bien la radiación EM tiene muchas propiedades análogas al sonido, incluida la difracción, difusión, reflexión, refracción, ruido, interferencia constructiva y destructiva, filtrado y desplazamiento de frecuencia, desplazamiento Doppler, etc., los dos fenómenos son muy diferentes.

Aun así, las similitudes tienen implicaciones interesantes. RADAR y LIDAR son los equivalentes EM de SONAR. Los micrófonos direccionales son esencialmente telescopios acústicos. La lente acústica se usa comúnmente para amplificar el sonido. Los micrófonos parabólicos son análogos a los telescopios reflectores y antenas parabólicas. Los “láseres” acústicos (SASER) son útiles para armas no letales y soldadura sónica (y ciertos mamíferos marinos usan una versión cruda de esto para aturdir a sus presas).

¡Espero que esto ayude!

Porque el sonido es una onda mecánica y la radio es una onda electromagnética. Lo que eso significa es que el sonido no es más que partículas de un medio (como el aire o el agua) que oscilan y chocan entre sí, lo que propaga estas oscilaciones y permite que el sonido viaje. Sin embargo, las ondas electromagnéticas son la oscilación, no de partículas, sino de campos eléctricos y magnéticos y, como tales, no dependen de un medio para propagarse o no (aunque la naturaleza del medio afecta las características de la onda, pero eso es una pregunta completamente diferente 🙂)

La mejor manera de entender la respuesta a esta pregunta es recordar un poco de historia: cuando Michaelson y Morley hicieron su famoso experimento, la gente todavía creía que las ondas de radio (realmente, la luz) necesitan un “éter luminífero” para ser el medio que sustente el movimiento ondulatorio, como el aire para el sonido. Se necesitó un audaz salto de imaginación para darse cuenta de que, después de todo, no hay un éter lumínico, que la radiación electromagnética solo necesita el vacío.

Por supuesto, su famoso experimento fue el impulso principal (aunque no el único) para finalmente dar este salto audaz.

Este hilo tiene excelentes respuestas a su pregunta:

¿Por qué el sonido necesita un medio como el aire o el agua para viajar, pero las ondas de radio no?

TL; DR: el sonido es la transferencia de energía cinética entre las moléculas. La luz son pequeños paquetes de energía.

Es un tema divertido para aprender y pensar, ¡espero que esto te lleve en la dirección correcta!

¡Esta fue históricamente una pregunta importante y difícil! El éter luminífero se hipotetizó como un medio que debe llenar el espacio para permitir que la luz como onda se propague a través del espacio. Pero nunca se descubrió evidencia de éter que no sea la propagación de la luz a través del espacio. Por ejemplo, es imposible medir la velocidad del éter.

Entonces la respuesta aceptada ahora es que las ondas de luz se mueven a través del espacio vacío. ¡Pero esto no es tanto una respuesta como una indicación de que el espacio “vacío” no está tan vacío!

Durante mucho tiempo sospeché que nunca se encontró el “éter” porque los investigadores simplemente no sabían cómo buscarlo, y parece que el Campo de Higgs (y sus subcampos asociados) están confirmando mi sospecha (y apenas estoy solo en esta línea de pensamiento).

De hecho, cuando hablamos de cómo se propagan las ondas de sonido, ¿qué está pasando realmente? En su mayor parte, los físicos no creen que los átomos se toquen entre sí, sino que sus campos eléctricos interactúan. Entonces, ¿cuál es la base de la interacción? ¿No es solo la “acción a distancia” por la que invocamos las propiedades del espacio (o espacio-tiempo)? La única diferencia real, si es que hace alguna diferencia, es la magnitud de la distancia sobre la cual actúan las fuerzas.

Porque depende de la compresión y rarefacción de ALGO (es decir, un “medio”) para propagar ondas de sonido. Es cierto que puede convertir los sonidos en información que puede transmitirse ópticamente o por ondas de radio y luego reconvertirse en el extremo receptor, pero aún necesitará un medio como el paso final si el objetivo es audible para un oído, a menos que haya un implante coclear directo, e incluso en el oído interno hay un “medio” involucrado.

No se mueven a través de nada especial, aparte del espacio en sí.

Las ondas sonoras intercambian energía con el medio (por ejemplo, aire). Las ondas de radio no lo hacen; son realmente dos ondas, una onda de campo eléctrico y una onda de campo magnético. El campo eléctrico intercambia energía con el campo magnético (y viceversa); El medio no está directamente involucrado. Debido a que la luz genera sus propios campos eléctricos y magnéticos, no depende de un medio existente y, por lo tanto, no requiere ningún medio especial para viajar.

Para complementar ligeramente la respuesta de Miguel. El sonido no necesita un medio para propagarse, el sonido es una excitación media. Es como decir: ¿una ola en el océano necesita que el océano se propague? Por el contrario, las ondas de radio como las ondas electromagnéticas en general son ondas ‘autónomas’ y existen independientemente del medio en el que se desarrollan, aunque, como dijo Miguel, existe una interacción de materia-onda que modifica su propagación.

Vamos chicos.

Revisé todas sus respuestas y Dios mío, puedo entenderlas aunque no sea un físico con un doctorado, soy un gerente de ingeniería con licencia retirado. Muchos de mis jóvenes ingenieros acababan de salir de la universidad y no sabían “todo”. Entonces les enseñé en el idioma que entendieron. Es obvio que cualquiera que haga una pregunta simple como la suya no es un estudiante graduado que trabaja en su doctorado en física. Sus respuestas son muy impresionantes, pero estoy seguro de que el pobre hombre necesita una respuesta mucho más simple. Me parece que ninguno de ustedes estaba interesado en responder la pregunta, sino que estaba en algún tipo de concurso sobre el éter.

Simplemente diga que el sonido es el resultado de una onda de presión que requiere un medio para propagarse. Las ondas de radio son ondas de energía como la luz y no requieren medio para propagarse. Puede ampliar eso si tiene más preguntas sobre su respuesta.

Veo esto mucho en Quora. Un estudiante de secundaria necesita ayuda en su tarea y un doctorado da una respuesta que un adolescente no comprendería. Cuando veo una pregunta que parece que fue hecha por un estudiante de secundaria, respondo con una respuesta adaptada a un estudiante de secundaria. Estoy seguro de que ustedes tienen cerebros enormes para poder obtener un doctorado en física teórica, pero Daniel Webster (que también tenía un gran cerebro) dijo: “Hablen el idioma de su audiencia”.

El sonido es la transmisión de energía mecánica. (energía cinética y energías portetiales de los materiales. Por lo tanto, los materiales son el llamado medio
Las ondas de radio son transmisión de energía electromagnética, que no necesita materiales. Por lo tanto, los materiales no son el medio o el llamado medio no es necesario.

Creo que esto es hecho intencionalmente por el único creador de este universo. Si las ondas de sonido pudieran viajar como ondas de radio, entonces las personas siempre habrían escuchado sonidos extraños provenientes del universo infinito. siempre se molestarían. entonces Dios le dijo a las ondas de sonido, “no, no viajarás”, pero dio libertad a las ondas de luz para atravesar todo el universo hasta que sean absorbidas por algo y sumen su nivel de energía.

Análogamente:

Una onda de sonido es como el dominó golpeándose entre sí, donde los “dominós” son partículas, como las moléculas de aire. Entonces, el medio para el sonido es la colección de partículas.

Una onda de radio es como una ola en el océano, donde el “océano” es el espacio-tiempo mismo.

Ok el sonido son las ondas mecánicas que viajan en un medio

Es simple decir que el vacío no es un medio y, si tiene algunas moléculas, a menudo están separadas entre sí, por lo que los bits de onda mecánica no se transferirán tan bien.

Las ondas de radio son luz de baja frecuencia, ¿qué esperas?

Se asume que es sonido porque el sonido del radiotalker se transfiere como energía eléctrica, pero las ondas de radio emiten sonido, así que SÍ ……