¿Por qué el sonido no calienta el aire?

Tanto la energía térmica como el aire se propagan a través de la vibración de las partículas, entonces, ¿por qué el sonido no calienta el aire, por ejemplo, un instrumento musical fuerte no genera mucho calor?

Tenga en cuenta que su título y texto discrepan ligeramente (específicamente, el modificador "mucho" está presente en el texto pero no en el título).
@BMS Por mis dos centavos, creo que hay suficiente distancia entre los dos para considerarlos como consultas separadas (pero relacionadas).
Se le pidió al OP, quizás erróneamente, que hiciera de esta una pregunta separada. Son muy similares, sin embargo, y exhiben un malentendido que es común entre ambas preguntas.

Respuestas (2)

Las ondas sonoras sí generan cambios de temperatura porque la propagación del sonido es un proceso aproximadamente isoentrópico . Sin embargo, tenga en cuenta que los cambios en la temperatura estática pueden muy bien ocurrir sin la generación de calor . Además, los cambios de presión asociados con las ondas de sonido son de una magnitud tan pequeña que los cambios de temperatura observables son mínimos (pero distintos de cero). De hecho, cuando Isaac Newton intentó por primera vez derivar la velocidad del sonido , su respuesta se equivocó en casi un 15 %, precisamente porque supuso que la propagación del sonido era isotérmica ( Δ T = 0 ) en lugar de isentrópico ( Δ S = 0 ) proceso. En resumen, las ondas de sonido alteran la temperatura del medio circundante, pero no tanto.

En pocas palabras: las ondas de sonido se atenúan a medida que se propagan por el aire (esto se mide más fácilmente para longitudes de onda muy cortas, por ejemplo, ultrasonido). Esto significa que pierden energía, que se convierte en calor del aire.

La cantidad de calentamiento, sin embargo, es muy, muy pequeña. Hagamos los cálculos. Una onda de sonido de 120 dB (muy fuerte) tiene una energía de solo 1 W metro 2 .

La atenuación del sonido en el aire es una función de la longitud de onda; por ejemplo, lo vemos en http://www.sengpielaudio.com/RelativeHumidityA.gif

ingrese la descripción de la imagen aquí

que una onda de 10 kHz en el aire al 50% de humedad se atenúa 4 dB en 30 m, o 44 dB en 330 m (que es la distancia que recorre el sonido en 1 segundo).

La energía perdida por una onda de sonido de 120 dB 100 kHz (que sería bastante fuerte y desagradablemente aguda) en el primer metro es 4 30 = 0.13 d B que es 3%. La capacidad calorífica de un metro cúbico de aire es de aproximadamente 1280 J/K (de Wolfram Alpha), por lo que el aumento de temperatura debido a 30 mW de calor es 2.3 × 10 − 5 k / s . Eso es bastante difícil de medir...

+1 Buen ejemplo de cómo la aproximación del gas ideal solo puede llegar hasta cierto punto. Puede ser útil señalar que la atenuación también depende en cierta medida de la intensidad. El sonido no distorsionado más alto a 1 atmósfera de presión es de 194 dB. Por encima de eso, la presión tendría que ser negativa para tener un sonido sin distorsiones. Pueden existir sonidos más fuertes que esto, pero estarán fuertemente distorsionados y, por lo tanto, se atenuarán rápidamente. Los sonidos cercanos a los 194 db también sufren distorsión y mayor atenuación que una onda sonora no tan violenta.
@DavidHammen: ¡esa es una gran idea! Nunca he pensado en sonidos "muy, muy fuertes" como la erupción del Krakatoa (supongo que cuando la gente dice que midió 180 dB, estaban a 160 km de distancia... entonces, qué tan fuerte fue realmente para las personas que murieron por él no es conocido. Hubo algunos chistes malos en Reddit sobre "pérdida auditiva permanente" en este contexto). Claramente, las cosas se vuelven no lineales en ese régimen, y la distorsión y la atenuación serán muy significativas.
Si no me equivoco, la pregunta no se trata de que el aire se caliente debido a la pérdida de energía por el sonido. ¿Se trata de por qué la energía del sonido por sí misma no es calor? Por ejemplo, por qué el aire no se SIENTE caliente cuando hablamos, como se siente cuando nos acercamos a un objeto caliente.
@Pakshya no es así como interpreté la pregunta hace casi siete años... y hasta ahora no he tenido ninguna sugerencia de que estaba equivocado. Tal vez haga su propia pregunta si esto es algo que desea explorar.
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