De música van las moléculas

Susana Hortigosa García, Diplomada en Magisterio de Educación Musical y estudiante de Ciencias Físicas en su blog filomusica, nos describe como la música afecta a las moléculas de nuestro entorno de una manera sencilla y a la vez bella:

Está usted sentado en su sala de música, en completo silencio. El aire que le rodea se compone de moléculas de distintos gases, principalmente nitrógeno y oxígeno, entre las cuales hay una considerable cantidad de espacio vacío.



De arriba a bajo, modelos de moléculas de nitrógeno y oxígeno.
Diseñadas por Randy Russell para Ventanas al Universo. ©1995-1999, 2000 Los Regentes de la Universidad de Michigan; ©2000-06 University Corporation for Atmospheric Research.

Pero las moléculas no están quietas en este espacio vacío. Por increíble que parezca, las moléculas del aire que le rodea, por mucho que no haya corrientes ni ruido alguno, se mueven a velocidades pasmosas (cuanto más calor haga, a más velocidad se mueven), chocando furiosa y desordenadamente entre ellas y con todo lo que encuentran a su paso, incluso con sus tímpanos. El resultado de estos choques es la presión sobre las superficies golpeadas por las moléculas. Ya sabe, aunque volveremos sobre este tema en ulteriores artículos, que cuando el aire ejerce una presión sobre su tímpano usted percibe un sonido. ¿Por qué, entonces, no oye usted nada, con millones de moléculas golpeando sus preciados oídos? Porque los impactos que recibe en un lado del tímpano son perfectamente compensados con los que está recibiendo al mismo tiempo por el otro lado debido al aire contenido en la trompa de Eustaquio, un pequeño tubo situado en interior del oído. Así que el tímpano no se mueve y usted, por tanto, no percibe sonido alguno.

Sin embargo, la presión del aire sobre sus tímpanos no es siempre constante: los cambios de temperatura, de presión atmosférica, etc., la harán variar. La trompa de Eustaquio sigue siendo eficaz en estos casos, porque los cambios en la presión ocurren muy lentamente y tiene tiempo de actuar. Sin embargo, si el cambio es brusco la trompa de Eustaquio no podrá compensarlo, el tímpano se moverá y percibiremos un sonido. De hecho, a veces se define el sonido como una variación rápida de la presión del aire…

Sonido:

Continúa usted en su sala de música. Ahora toma su instrumento y toca, aproximadamente, un la central del piano, el que se usa para afinar. También puede usar un diapasón.

En el momento en el que usted emite la nota ocurren tres fenómenos, a cuál más interesante:

  • Las moléculas del aire dejan de moverse de forma aleatoria por la habitación, ya que todo alrededor del instrumento se producen una serie de esferas concéntricas (algo así como si el instrumento fuese el epicentro de un “terremoto” molecular). Cada metro, aproximadamente, las moléculas de aire se apelotonan, mientras que en la zona que separa estas esferas de moléculas apelotonadas, las moléculas tienden a separarse. Si hubiera usted tocado otra nota, tendríamos las mismas esferas, pero con una separación diferente. Por ejemplo, si hubiera tocado una octava más baja, la distancia entre las esferas sería de dos metros en lugar de uno.
  • La temperatura en las zonas donde hay aglomeración de moléculas es ligeramente mayor que donde están dispersas. No es una diferencia notable, pero es importante para el asunto que nos ocupa puesto que, unida al anterior efecto, lleva a que entre nuestras esferas exista una diferencia de presión. ¿Recuerdan lo que decíamos en el apartado anterior?
  • En las esferas de moléculas apelotonadas, dichas moléculas tienden a moverse alejándose del “epicentro” (el instrumento), mientras que en las zonas entre ellas las moléculas tienden a ir precisamente en el sentido contrario: hacia el instrumento. Este efecto, junto a la diferencia de presión, es característico del sonido. El oído humano responde a ambos, si bien la diferencia de presión es el factor dominante.

Así que tenemos una variación de presión que se mueve desde el instrumento hacia fuera. Ojo, lo que se mueve no son las moléculas: si así fuera, notaríamos una corriente de aire, pero lo cierto es que el aire permanece quieto. Lo que se mueve es la variación de presión, igual que en el mar se mueven las olas hacia la playa mientras el agua se queda donde estaba, o igual que se mueve la “ola” que hacen los espectadores en un campo de fútbol, pero ellos permanecen en sus sitios.

Esta variación de presión que ha producido su instrumento es bastante pequeña, pero se mueve a una velocidad de 340 metros cada segundo (en el aire), lo cual es decididamente mucho. Es tan rápida que a su trompa de Eustaquio no le da tiempo a compensarla, con lo que su tímpano se mueve y usted oye la nota.

Por cierto: instantes después de producida la nota, las variaciones de presión (es decir, las ondas) comienzan a rebotar con todo a su paso, especialmente paredes, suelo y techo. Esto produce multitud de ondas “rebotadas” que vendrían a complicarnos bastante el asunto si las tuviéramos en cuenta (que se lo digan a algún arquitecto que haya tenido que diseñar un auditorio), cosa que no vamos a hacer de momento. Por ahora nos quedamos con el mecanismo básico, que es el que hemos visto.

Música:

Bien, ha llegado el momento de reconocer que les hemos mentido un poco. Todo lo anterior habría ocurrido si hubiéramos producido una onda pura, un la pelón. Pero esto solo puede hacerse con un programa informático; el sonido producido por un instrumento musical, sea el que fuere, es en realidad una amalgama de ondas, con “zonas de apelotonamiento” a distintas separaciones, como la superficie del océano, pero en tres dimensiones. Volveremos sobre ello en artículos siguientes.

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