¿Dónde es mayor la velocidad del sonido?

El sonido es una onda de presión que se transmite empujando partículas contra sus vecinas. Su velocidad depende de dos cosas: cuánto se resiste el medio a comprimirse (su rigidez o módulo de compresibilidad) y cuánta masa hay que mover (su densidad). Cuanto más rígido y menos denso, más deprisa viaja la onda. Por eso el acero, muy rígido, transmite el sonido a unos 5.900 metros por segundo; el agua, a unos 1.480; y el aire, muy compresible, a 343 metros por segundo a 20 °C. La intuición de que el aire denso «conduce mejor» es errónea: lo que manda es la relación entre rigidez y densidad, no la densidad por sí sola.

En un gas ideal la rigidez y la densidad crecen juntas con la presión, así que la presión se cancela y la velocidad del sonido depende solo de la temperatura absoluta y de la composición del gas. En aire seco vale aproximadamente 331 m/s a 0 °C y sube unos 0,6 m/s por cada grado. A 40 °C ronda los 355 m/s; en la tropopausa de la atmósfera estándar, a 11.000 m y -56,5 °C, cae a 295 m/s. Esa caída explica por qué un avión de línea que cruza a 850 km/h se sitúa en torno a Mach 0,8: la referencia que define el número de Mach es más pequeña en altura. La composición también cuenta: en el helio, ligero y monoatómico, el sonido corre a cerca de 1.000 m/s, de ahí la voz aguda de quien lo inhala; en el hexafluoruro de azufre, mucho más pesado, baja a unos 130 m/s.

La velocidad del sonido local fija el número de Mach, y el número de Mach fija la aparición de ondas de choque, la resistencia de onda y el bataneo. Un mismo avión, a una misma velocidad verdadera, está más cerca del régimen transónico en aire frío de altura que en aire cálido a nivel del mar. Por eso los ensayos supersónicos históricos, como el del Bell X-1 en 1947, se hicieron a gran altura: el aire frío reduce la velocidad necesaria para superar Mach 1 y la menor densidad recorta las cargas sobre la célula. Los instrumentos de un reactor calculan el Mach continuamente a partir de la temperatura total del aire medida por una sonda en el morro.

El sonido también viaja por el metal del propio avión, y en esa velocidad mucho mayor se basa la inspección por ultrasonidos de larguerillos y uniones remachadas: un pulso emitido y su eco tardan microsegundos en recorrer el espesor de una pieza, y cualquier grieta se delata por una reflexión anticipada. En el agua de mar, con unos 1.500 m/s, se apoyan las sonoboyas y sónares de los aviones de patrulla marítima. Así que, según dónde se mire, el mismo fenómeno físico es lento en la cabina, rápido en el ala y aún más rápido bajo el mar.