¿Qué tan fuerte sería el sonido que produciría una cigarra del tamaño de un humano?

Se sabe que las cigarras producen sonidos muy fuertes que hacen al doblar rápidamente sus timbales , algunos de los cuales son lo suficientemente fuertes como para exceder el umbral que causa incomodidad en los humanos (110 decibelios) , aunque todavía no se sabe que ninguno exceda el umbral en el que podrían causar dolor absoluto o daño auditivo (130 db). Las cigarras más grandes tienen órganos de resonancia más grandes y se dice que pueden producir sonidos más fuertes .

Dado esto, me pregunto qué tan ruidosa sería una cigarra si se escalara hasta el tamaño de un ser humano , los problemas asociados con el movimiento manual como una cigarra de ese tamaño no podrían funcionar debido a los efectos de la ley del cuadrado-cubo en su exoesqueleto y sistema respiratorio. Sé que el tamaño de una estructura resonante está inversamente correlacionado con el tono (frecuencia), pero no tengo conocimiento de ninguna relación clara entre el "volumen" (decibelios) y el tamaño. Estoy específicamente interesado en si este sonido sería lo suficientemente fuerte para que la cigarra de tamaño humano lo use como arma sónica .

EDITAR: Como señaló JBH en su respuesta, hay un mundo de diferencia entre lo que constituye un arma sónica "efectiva" según para qué se utiliza. A los efectos de esta pregunta, me refiero a un arma sónica en términos de cómo se utilizan la mayoría de las armas sónicas modernas, un dispositivo antipersonal utilizado para incapacitar o paralizar a los oponentes , en lugar de un dispositivo que utiliza vibraciones de potencia extremadamente alta para volar. agujeros en edificios o algo así.

No es una pregunta fácil... Pero en el caso simple, es decir, asumiendo que nada cambia excepto el tamaño de la membrana vibratoria (es decir, la misma frecuencia, la misma amplitud de vibración) obtienes 10 decibelios por cada factor de 10 de aumento de tamaño. Es decir, escalar la membrana por factor de 3, obtener 10 decibeles más; escalar por un factor de 10, obtener 20 decibelios; escalar por un factor de 100, obtener 40 decibelios. Ahora el problema es que en las cigarras el cuerpo del insecto funciona como caja de resonancia; una caja de resonancia del tamaño de un humano resonaría a una frecuencia mucho más baja, por lo que este simple cálculo no funcionará.
PS Loudness no se mide en decibelios. Los decibelios miden una cantidad física, la presión del sonido; el volumen no es una cantidad física: es una sensación que existe en la mente, no en la naturaleza. La sonoridad se suele medir en fonios y, a veces, en sones . La relación entre el volumen y la presión del sonido depende en gran medida de la frecuencia del sonido. (Pista: no importa cuántos decibles, si la frecuencia está por encima de 20 kHz, el volumen será cero). (Lo mismo que vatios por metro cuadrado y luminosidad).
Podemos confirmar que el volumen producido por las cigarras más grandes es más fuerte y el tono es más bajo ( animals.howstuffworks.com/insects/question733.htm ) Pero los efectos serán realmente diferentes a una escala TAN grande. En un presentimiento, sería subsónico, y podrías sentirlo más que escucharlo. Todavía podría ser dañino ( sciencemag.org/news/2014/09/… ) pero no estoy "basado en la ciencia" ni tengo una respuesta oficial que confíe en el resultado final.
A diferencia del buen día del Carbonífero tardío donde el oxígeno es denso, creo que sus cigarras de tamaño humano morirán por asfixia debido a la falta de pulmón más otras condiciones preexistentes como la obesidad se relaciona con la ley del cubo cuadrado y una forma severa de hipofosfatasia (falta de hueso).

Respuestas (1)

Lamentablemente no.

Haciendo referencia a los comentarios realizados tanto por @AlexP como por @DWKraus y observando que uno de los artículos que cita dice: "El mecanismo detallado del canto de la cigarra está lejos de entenderse por completo..." En otras palabras, mi respuesta es la mejor: adivinar.

Una cigarra del tamaño de un humano produciría un sonido con una frecuencia sustancialmente más baja. Tu especie de cigarra más grande ( megapomponia imperatoria ) mide aproximadamente 5,5 cm (2,25 pulgadas) de largo con una envergadura de hasta 20 cm (7,85 pulgadas). Dado que no tengo la capacidad de analizar con detalle el tímbalo (vea la imagen a continuación, cortesía de Vassar College), no puedo ser del todo preciso, pero hagamos algunas estimaciones aproximadas (OK, realmente aproximadas ) .

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La altura humana promedio no es tan simple de calcular, así que voy a usar 5' 7" (1,7 metros). Eso nos da una proporción de 7,85 a 67 o 1:8,54.

Ahora, el chirrido de una cigarra no es lineal, pero hagamos otra suposición básica. La cigarra abrocha el tímbalo 300–400 veces por segundo . Entonces, por conveniencia, usaremos una frecuencia promedio única de 350 Hz.

350/8,54 = 41 Hz.

Aquí hay una suposición que estoy haciendo. Supongo que el aumento de tamaño de la cigarra afecta la rapidez con la que la cigarra puede hacer las cosas. Los humanos no pueden chasquear los dedos 350 veces por segundo, y no creo que sea un ejemplo irrazonable del problema. Si pudiéramos, estaríamos creando el efecto que estás buscando. Pero incluso si pudiéramos... es la diferencia entre tocar un tambor 350 veces por segundo y tocar un bombo grande 350 veces por segundo. El resultado es un zumbido de baja frecuencia.

Sin embargo, ciertamente vale la pena señalar que he mezclado manzanas con naranjas. He usado la frecuencia de chasquido de la cigarra para cubrir el hecho de que no puedo encontrar una referencia de a qué frecuencia se encuentra el "chirrido" de un solo chasquido. Esta podría ser una debilidad masiva (y ciertamente es una gran) en mi respuesta, pero no estoy convencido de que averiguar los detalles cambie la conclusión.

Pregunta #1: ¿Puede un humano escuchar esto?

Sí, el rango de audición humana es de 20 a 20 000 Hz . Ignoraremos el hecho de que prácticamente no hay dos personas iguales y que miles de cosas pueden variar esos dos números. Pero, en su mayor parte, sí, el humano promedio puede escuchar el sonido que hace su cigarra de tamaño humano.

Pregunta #2: ¿Cuál es el volumen?

Lo que hace una cigarra es poco diferente a golpear un tambor con un palo. Aumentar el tamaño del tambor no aumenta el volumen. Suele ser el efecto contrario. ¿Alguna vez has ido a ver a Blue Man Group y los has visto usar ese tambor gigante ? Hay una razón por la que el tipo está golpeando ese tambor con un mazo enorme que hace sonar la bocina... al igual que hay una razón por la que los subwoofers generalmente necesitan su propio amplificador separado.

Se necesita MUCHA más potencia para producir un volumen audible a frecuencias más bajas que a frecuencias más altas. Esto realmente tiene sentido cuando se superpone una onda sinusoidal de baja frecuencia con una onda sinusoidal de alta frecuencia. (Ejemplo a continuación cortesía de ScienceDirect.com.) Simplificando enormemente la forma en que funciona el audio, la onda de baja frecuencia lo "golpea" una vez durante un período de tiempo igual a su longitud de onda, pero muchas veces durante el mismo período por una onda de alta frecuencia ola. Es como ser golpeado una vez frente a ser golpeado miles de veces durante el mismo período de tiempo. Para sentir ese único golpe con la misma "percepción" que esos miles de golpes, necesitas que te golpeen más fuerte.

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En otras palabras, se trata de poder...

Pero una vez que obtienes la potencia a bajas frecuencias, ¡puedes sentirlo! Desafortunadamente, ahí es donde nos encontramos con un problema. A menos que suponga que la capacidad de la cigarra para poner fuerza al doblar los timbales aumenta de forma no lineal con el tamaño, obtendrá el sonido más profundo, pero no un sonido más fuerte. De hecho, obtendrá un sonido más bajo.

Esa fue ciertamente una declaración discutible, y DWKraus señala que las cigarras más grandes son más ruidosas por naturaleza... pero hay mucha complejidad involucrada aquí, incluido el grado en que la estructura del insecto se puede mantener a medida que aumenta el tamaño. Si escalar una hormiga, que puede llevar un peso por cuerpo mucho más alto que los humanos, al tamaño humano mantuviera esa capacidad... entonces uno pensaría que los humanos tendrían esa capacidad... pero no la tenemos. No soy médico y nunca he jugado uno en la televisión, pero sospecho que con un tamaño dramáticamente mayor viene una mayor ineficiencia, que es probablemente la razón por la cual los elefantes no pueden derribar rascacielos. Esa es mi conjetura. Pero podría estar equivocado.

TL;RD

Su cigarra de tamaño humano haría un ruido de frecuencia sustancialmente más bajo en, en el mejor de los casos, el mismo volumen (fonios / sonidos como señala @AlexP) que sus primos de tamaño normal. Por lo tanto, el sonido no sería más incómodo que escuchar a un adolescente conducir por la calle con subwoofers a todo volumen en la cajuela de su automóvil.

Sobre la base de ser utilizado por una cigarra individual, no puedo ver que esto funcione como un arma.

Ahora, si todo un enjambre de cigarras del tamaño de un humano comenzara a astillarse... ¡ Ángeles y ministros de la gracia, defiéndannos! (Mira ese video hasta el final. La cita es de Hamlet )

¿Cómo funcionaría eso con decibelios? Como @AlexP señala, la presión del sonido (que parece ser el factor determinante del daño) no es lo mismo que el volumen total. Puede haber una razón para suponer que la producción de sonido aún podría funcionar, los timbales de cigarra funcionan con resilina, que es extremadamente eficiente en energía y puede usarse para almacenar energía de manera similar a como funcionan los tendones de canguro. Supuestamente, así es como las cigarras aparentemente pueden llamar sin parar con poca pérdida de energía. No parece ser un problema de la ley del cubo cuadrado como la fuerza relativa de una hormiga. Aunque esperaría cierta ineficiencia basada en el tamaño.
@ user2352714 Hay pocas (en realidad, ninguna que yo sepa) excepciones en la naturaleza. Aumenta el tamaño, aumenta la ineficiencia. Con el tamaño de una cigarra, la resilina puede ser una maravillosa sustancia similar a un tendón con una gran capacidad de almacenamiento de energía, pero eso no significa que escalará, y la naturaleza nos enseña que no lo hará. En cuanto a los decibelios: los decibelios son una gran medida de la probabilidad de dañar el oído humano, pero una mala medida de la probabilidad de derribar un edificio, así que supongo que la pregunta es ¿qué tipo de daño estás buscando? Los decibeles son una medida de volumen, y como (*continuación*)
... Dije que esperaría que el volumen disminuyera a medida que el tamaño aumenta significativamente. La presión del aire es su medida para derribar un edificio. Eso podría incrementarse, pero una sola criatura no sería capaz de hacerlo.
Estaba pensando más en armas sónicas de la vida real que en " derribar un edificio " o "máquinas sísmicas". No estoy seguro de si algún sistema biológico podría producir un sonido lo suficientemente fuerte como para causar un daño como ese.
@ user2352714 :-) Como dije, una sola criatura no puede lograr lo que quieres lograr.
Pero podría suspender mi incredulidad y disfrutar la idea de que un enjambre de ellos es mortal.
¿Qué tan fuerte sería el sonido que produciría una cigarra del tamaño de un humano?
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