¿Por qué la dirección del viento afecta significativamente la propagación del sonido?

Vivo a unas 2 millas de una pista de carreras.

Algunos días, el ruido de las pruebas es extremadamente notable, otros días, a pesar de la misma actividad de prueba, hay poco o nada de ruido.

Esto se efectúa principalmente por la dirección del viento.

¿Cómo afecta la dirección del viento a la propagación del sonido? Dado que la velocidad del sonido frente a la velocidad del viento es generalmente solo un pequeño porcentaje, ¿por qué y cómo hace una diferencia tan dramática?

¿Posiblemente debido a la refracción del sonido debido a un gradiente de temperatura en el aire? hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Sound/refrac.html#c2 y acs.psu.edu/drussell/Demos/refract/refract.html
Si arrojas una piedra en un río de aguas tranquilas y de movimiento lento, puedes observar directamente cómo funciona esta propagación.

Respuestas (1)

Dado que el mecanismo está tan bien escrito en Reddit aquí , ni siquiera intentaré reformularlo. Aquí está:

Sí, el viento tiene un efecto sobre la velocidad del sonido, y este efecto tiene ramificaciones interesantes para la propagación del sonido al aire libre.

Una onda acústica, como saben, es una onda mecánica que viaja a través de un medio. El sonido con el que tratamos con más frecuencia se transporta a través del aire, a una velocidad de alrededor de 343 m/s.

El viento es el movimiento masivo del aire en una dirección determinada.

Cuando combinas estas dos ideas juntas, obtienes que el sonido es una onda que se mueve a través de un medio en movimiento. Como era de esperar, eso significa que la velocidad de la onda acústica es igual a la velocidad de la onda más la velocidad del viento en esa dirección. Es decir, si el viento se mueve a 20 mph (8,9 m/s), entonces el sonido viajará a favor del viento a 351,9 m/s, contra el viento a 334,1 m/s y con viento cruzado a los 343 m/s normales. Tenga en cuenta que se necesita una velocidad del viento significativa para alterar apreciablemente la velocidad del sonido en cualquier dirección dada.

Lo que es realmente interesante es cómo los gradientes de velocidad del viento alteran el camino que toma el sonido a través del aire. Como regla general, las ondas sonoras se desvían hacia las regiones de menor velocidad del sonido (un efecto conocido como refracción que es un resultado directo de la ley de Snell). Combine esto con el hecho de que la velocidad del viento tiende a aumentar con una mayor distancia desde el suelo, y encontrará que el sonido se refracta hacia abajo cuando se mueve a favor del viento y hacia arriba cuando se mueve contra el viento.

El sonido tiende a emanar de fuentes en aproximadamente todas las direcciones. Algunos van hacia el oyente, otros se alejan del oyente y otros se disparan hacia el cielo. Cuando considera el efecto de la refracción, la pregunta es "¿Va más sonido al cielo o a la fuente?" Resulta que dependerá de dónde te encuentres con respecto al viento.

Si estoy escuchando a alguien que habla a lo lejos, y hay viento, probablemente quiera pararme a favor del viento. ¿Por qué? Porque el sonido que normalmente sube a la atmósfera se refractará hacia mí, enfocándose en mí. Por el contrario, si estuviera de pie contra el viento, el sonido se refractaría hacia arriba y lejos de mí, lo que provocaría que recibiera un nivel efectivo más bajo.

@Farcher sugirió un gradiente de temperatura en los comentarios que, en mi opinión, tiene un efecto bastante pequeño.

Gracias al usuario de Reddit therationalpi .

Bueno, ¡eso es lo más directo posible para una descripción de un sistema complejo! ¡Gracias!
Los gradientes de temperatura pueden tener grandes efectos, pero generalmente en días muy tranquilos (cuando el gradiente de temperatura puede ser muy constante en grandes distancias). Esto puede ser muy notable en el mar. Sin embargo, estoy de acuerdo en que, en el caso de que esté hablando, el viento será dominante.
"Muy notable" significa "muy". Vivo cerca de una costa donde durante la marea baja hay una amplia franja de marismas entre la "tierra" y el mar mismo. Al final de un día caluroso, es bastante fácil escuchar a la gente hablando normalmente (sin gritar, etc.) en barcos que están a millas de distancia, debido a la refracción del sonido sobre la tierra pantanosa relativamente caliente.
evidencia anécdota como @alephzero Puedo decir que volando en ala delta a cien metros del suelo puedes escuchar claramente pájaros, autos y ganado debajo como si estuvieran a solo una docena de metros de distancia cuando estás en el suelo.
¿Podemos usar el efecto Doppler para calcular el impacto del viento en la onda de sonido? en lugar del movimiento relativo de la fuente y el destino, se puede tomar el movimiento relativo del viento y las ondas sonoras.
... el sonido se refracta hacia abajo cuando se mueve a favor del viento y hacia arriba cuando se mueve en contra del viento . Hermoso.
La refracción a través de la estela turbulenta de un avión a reacción (los gases de escape calientes se arremolinan con aire frío) podría explicar por qué el motor a reacción suena tan distorsionado desde el suelo, pero no desde el interior del avión.