¿Qué "propaga" una fuerza a través del resto de un sólido?

Entonces, al escribir el título de esta pregunta, me recomendaron este increíble , que confirmó mi suposición de que este efecto se "propaga" a la velocidad del sonido (aunque solo tenía un presentimiento, realmente no entiendo por qué). También solo tengo experiencia en física de nivel secundario.

Siento que no conozco la física lo suficientemente bien como para saber realmente qué preguntar correctamente, pero intentaré explicarlo.

Entonces, giro mi brazo y, aunque los tendones solo tiran de él en un lugar determinado, el resto hace lo mismo. ¿Porqué es eso? ¿Qué está sucediendo a escala atómica/molecular que termina "transmitiendo fuerzas" a distancia?

Y, algo más que no entiendo, ¿qué tiene de especial la velocidad del sonido que la convierte en esta "unidad fundamental de traducción", o algo así? Tal vez la mejor pregunta es "¿qué procesos a escala atómica/molecular conducen a que la velocidad del sonido se asocie con todos estos comportamientos", lo que une ambas preguntas.

La velocidad del sonido es solo un nombre para su "unidad fundamental de transición", sus propiedades no tienen nada que ver con el sonido en sí mismo, el sonido simplemente es un caso particular de propagación de deformación.
A eso me refería con "¿qué procesos a escala atómica/molecular conducen a que la velocidad del sonido se asocie con todos estos comportamientos?"

Respuestas (1)

Los sólidos son simplemente una colección de átomos que se unen químicamente, es decir, a través de la fuerza electromagnética. No son perfectamente rígidos. Piensa en una cadena lineal de átomos. Presionar el átomo final hará que se acerque a su vecino. Se repelerán entre sí, por lo que el vecino se alejará, acercándose demasiado a su vecino del otro lado. Este proceso continúa a lo largo de la cadena de átomos. Para cuando el último átomo se haya movido, habrás movido toda la cadena. Por supuesto, tirar del extremo tiene el efecto opuesto a empujarlo. El mismo efecto es lo que sucede en los sólidos, pero en lugar de una cadena lineal, tienes una red 3D. Wikipedia tiene una buena demostración de esto en 2D.

El sonido se propaga a través de una red 2D

Ves que no es un proceso instantáneo. Identificas correctamente la velocidad de propagación de este efecto como la velocidad del sonido, C . Sin embargo, así es como se define la velocidad del sonido: la velocidad de propagación de una pequeña deformación en el material. Esto depende de la rigidez (medida por el módulo de volumen k ) y la densidad ρ del material:

C = k ρ
Esto puede variar mucho. La velocidad del sonido en el aire en SATP es de unos 343 m/s, mientras que en el acero está más cerca de los 6000 m/s.

Entonces, ¿la misma respuesta que el sonido ocurre cuando se empuja un objeto, solo que sin que regrese como lo haría en vibración?
¡Sí! El 'sonido' es solo una vibración en lugar de un gran empujón.
¿Qué "propaga" una fuerza a través del resto de un sólido?
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