¿Qué son las áreas de compresión y rarefacción en las ondas?

Las ondas pueden tomar dos formas básicas: movimiento transversal o hacia arriba y hacia abajo, y longitudinal o compresión del material. Las ondas transversales son como las olas del océano o las vibraciones en la cuerda de un piano: puedes ver fácilmente su movimiento. Las ondas de compresión, en comparación, son capas alternas invisibles de moléculas comprimidas y enrarecidas. Las ondas de sonido y de choque viajan de esta manera.

Las ondas de compresión solo pueden viajar a través de algún tipo de medio material, como aire, agua o acero. Un vacío no puede transportar ondas de compresión, ya que no tiene sustancia para conducir la energía. Su dependencia de un medio significa que se trata de ondas mecánicas y el medio determina su velocidad de movimiento. La velocidad del sonido a través del aire, por ejemplo, es de 346 metros por segundo. Un material denso como el acero conduce el sonido a 6.100 metros por segundo.

Si pudieras ver una onda de compresión moviéndose a través del aire, verías un área de moléculas comprimidas en la dirección desde la que viajaba la onda. Las moléculas se vuelven cada vez más enrarecidas después del punto de compresión máximo, hasta que ves un área de presión más baja con la menor cantidad de moléculas de aire. El aire se vuelve progresivamente más denso a partir de ese punto, hasta alcanzar de nuevo una compresión máxima. La distancia entre los puntos de máxima compresión o rarefacción es una longitud de onda. A medida que aumenta la frecuencia de una onda, su longitud de onda se acorta.

Dos o más ondas, cruzando el mismo punto en un medio, interfieren entre sí. Puedes ver esto si dejas caer dos piedras en un estanque quieto; las ondas se extienden y se superponen entre sí. Lo mismo ocurre con las ondas de compresión. Si un punto de compresión se encuentra con un punto enrarecido, los dos se anulan entre sí. Si dos puntos de compresión se encuentran, se refuerzan entre sí, creando un punto que tiene el doble de presión.

Un chorro que se mueve en el aire más rápido que la velocidad del sonido produce un boom sónico. A medida que el chorro avanza, las moléculas de aire se acumulan frente a él, como nieve frente a un arado. Las capas de aire comprimido y enrarecido no salen directamente de una fuente, como ocurre con el sonido. La onda de choque forma un patrón en forma de cono con la punta justo delante del avión y ondas de compresión moviéndose detrás de ella en círculos cada vez más grandes.