Antes del lanzamiento de la sonda, mientras pensábamos en posibles experimentos podíamos hacer a gran altura, había uno que resultaba sencillo de realizar y al mismo tiempo podría ser muy curioso.
Nuestro Naranjino o módulo APRS está basado en Arduino que nos permite también programar código adicional para realizar distintas acciones. En el anterior proyecto “Naranjo-2012″ usamos balizas luminosas y sonoras, las primeras para permitir localizar la sonda en la oscuridad, en caso de que la búsqueda se alargara demasiado. La sonda sonora cumplía doble función, tanto para su localización nocturna como diurna. ¿Por qué no usarla también para intentar ver como se propaga el sonido en la estratosfera?
La forma en que se me ocurrió el experimento fue un comentario de Nacho, que me recordó la famosa frase de la película de Alien, el slogan del cartel promocional:
ALIEN, EL OCTAVO PASAJERO: en el espacio nadie puede oír tus gritos
¡Eh, un momento! ¿Seguro que allá arriba nadie puede oír lo que pasa?. Y nuestras cámaras, ¿no están a la escucha de todo lo que acontece a tan altas cotas? La respuesta es afirmativa, nuestras cámaras están con el “oído” atento desde que se encienden hasta que se apagan, lo que nos permitiría comprobar qué pasa con el sonido en condiciones muy distintas a las que tenemos en superficie, sin apenas aire que permita la transmisión de las ondas sonoras como la conocemos en tierra.
La implementación fue fácil, Nacho se encargó de programar el Naranjino para que el buzzer o “mini-altavoz” se activara durante unos segundos cada 2 minutos aproximadamente durante todo el vuelo a partir de los 3 kilómetros de altura.
Situación del microaltavoz durante el montaje de la sonda
El experimento ha dado resultado y se aprecia perfectamente el cambio en la percepción del sonido en las dos muestras que os dejo a continuación.
Nota: las muestras de audio no se han tratado de ninguna manera, se obtienen directamente del archivo de vídeo capturado por nuestras cámaras.
Formas de onda del sonido a diferentes altura (en rojo)
Audio de la sonda en ascenso a 6 km de altura. “Alto y claro”, como podría decirse en lenguaje coloquial. 6000 metros de altura sobre el nivel del mar es una distancia razonable para que el sonido no muestre apenas diferencia con respecto al que podemos encontrar en tierra.
Audio de la sonda en ascenso a 14 km de altura. A esta cota se aprecia que el sonido aún se transmite con fluidez, lo que da una idea de que la densidad del aire es lo suficientemente alta como para facilitar la propagación de las ondas sonoras. No obstante, ya se aprecia una merma muy importante con respecto a la cota anterior:
Audio de la sonda en ascenso a 27km de altura. Evidencia notable de pérdida de potencia en la señal de audio. Ya puede verse en la imagen que la forma de onda cambia de forma radical con respecto a la muestra sonora a 14km.
Audio de la sonda en ascenso a 32 km de altura. Aunque a nivel auditivo la diferencia con respecto a la muestra anterior no es muy notoria, se aprecia en la imagen que la forma de onda es claramente menos potente, la amplitud se delata. Esta es la muestra más cercana al momento del estallido, a penas 60 segundos antes de comenzar el descenso.
Oigamos ahora la mezcla de todos los sonidos anteriores, un solo tramo de audio donde primero escucharemos el zumbido emitido a una altura de 6000 metros, después a 14000 metros, seguidamente a 27000 metros y por último el de 32000 metros. ¿No es asombroso?
Formas de onda del archivo de audio que podemos oír a continuación
Para la misma forma de onda, la potencia es proporcional a cuadrado de la amplitud. Es decir, que 20 veces mas amplitud es 20^2=400 veces mas potencia.
Sin embargo, ocurre que la percepcion del sonido es, como pasa con casi todos los sentidos, “logaritmica”. Por eso a pesar de que la potencia disminuye 400 veces lo oimos con claridad y si preguntamos a alguien seguro que comenta que se escucha 2 o tres veces mas fuerte a 6km que a 30km, ¡no 400 veces!.
Por eso se emplean los dB(decibelios) porque es una unidad mas adecuada a la percepción, db=10*log(P1/P2). En este caso si tomamos P2=1 (a 30km) P1=400(a 6km), los dB=26. Osea que el sonido aumenta/disminuye 26 decibelios en terminos relativos.
Psicologicamente percibimos mas o menos que un sonido duplica su intensidad cada 10db. Osea que en este caso podemos decir que se escucha 2.6 veces mas fuerte a 6km que a 30km.
Explicación física del fenómeno
La densidad es directamente proporcional a la presión y inversamente a la temperatura. Osea que la relación de densidades es:
(d1/d2) = (P1*T2)/(P2*T1)
Si usamos los datos aproximados del vuelo de Astrobonilla:
a 6000m –>
P1=450hP
T1=279-15=264K
a 31000m –>
P2=10hP
T2=(279-40)=239K
d1/d2= 40,7
En resumen, la densidad de 6000m a 31000 decrece unas cuarenta veces. Realmente a 30000 metros no hay prácticamente aire para los estándares terráqueos. Ten en cuenta que 10hP es la presión que hay en la superficie de Marte.
Nota: explicaciones matemáticas y físicas han sido planteadas por Nacho.
