Los ultrasonidos y sus aplicaciones

Los humanos solo podemos escuchar sonidos cuyas frecuencias se encuentren entre 20 y 20.000 Hz. Al menos en teoría, ya que la realidad nos muestra que, sobre todo en los tonos más agudos, las frecuencias audibles no alcanzan esos límites y, además, decaen con la edad: los adolescentes no suelen tener problema en escuchar sonidos de 19.000 Hz, a partir de los 25 la cota superior se sitúa en torno a los 17.000 Hz, los treintañeros irán notando como esa cifra desciende hasta los 15.000 Hz y pasando los 45 años, la cosa no mejora… Esta merma auditiva se debe a la disminución, con el paso de los años, del número de células ciliadas que hay en la cóclea (responsables de la conversión del impacto de las ondas sonoras en un impulso nervioso que se transmite al cerebro).

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Las personas pueden oír sonidos comprendidos entre 20 y 20.000 Hz, como máximo. Puedes comprobar tu rango de audición en este link.

Esta limitación que tienen los humanos, debido a la propia estructura y tamaño del oído, no significa que no haya ondas sonoras con frecuencias mayores o menores que las mencionadas. Las ondas sonoras con frecuencia inferior a 20 Hz se conocen como infrasonidos, mientras que las de frecuencia superior a 20.000 Hz se denominan ultrasonidos. Hay animales que sí están capacitados para percibir estas frecuencias y algunos, incluso, son capaces de producirlos y emplearlos para orientarse, comunicarse y detectar obstáculos o alimentos.

ultrasonidos-animales

Rango de frecuencias audibles en diferentes especies

Para entender de qué manera esto les sirve de ayuda debemos recordar que las ondas sonoras que emiten se pueden reflejar en las superficies con las que chocan, por lo que el tiempo que tardan en volver les permite estimar distancias y localizar cualquier tipo de objetos. Los murciélagos, los delfines las ratas y algunos insectos utilizan y se comunican mediante ultrasonidos. Por el contrario, los elefantes, las ballenas y algunas aves lo hacen a través de infrasonidos.

ultrasonidos

De un modo similar funciona el sónar (acrónimo de sound navigation and ranging), desarrollado durante la Primera Guerra Mundial para la detección de submarinos, aunque hoy tiene otros muchos usos (estudios geológicos y oceanográficos, detección de bancos de peces…). En esencia, el sónar emite ultrasonidos que se reflejan en el fondo del mar o en algún obstáculo, de manera que el tiempo que se tarda en captar el eco permite calcular la distancia entre ambos y, tras sucesivas mediciones, deducir la trayectoria y determinar su velocidad. El radar (acrónimo de radio detection and ranging) también comparte estos principios, aunque emplea ondas electromagnéticas en lugar de sonoras.

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Los ultrasonidos también tienen aplicaciones médicas, como en las ecografías, que permiten crear una imagen de ciertas estructuras y órganos internos. Para ello, el emisor de ultrasonidos (denominado transductor) se encarga también de captar los ecos ultrasónicos, que son registrados e interpretados informáticamente, ofreciendo una imagen de la parte del cuerpo estudiada. Son empleados de manera rutinaria en el seguimiento de los embarazos o en cardiología. Actualmente se han extendido las ecografías en 3D, en las que se hace incidir ultrasonidos en diferentes ángulos, y en 4D, con imágenes en movimiento que reproducen tomas sucesivas tomadas muy rápidamente.

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Otro ejemplo de aplicación médica es la litotricia, que emplea ultrasonidos de alta energía pero corta duración (ondas de choque) para fragmentar cálculos renales y biliares, de modo que se evita la intervención quirúrgica de quien los padece.

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Los ultrasonidos también son de utilidad en los laboratorios (baños de ultrasonidos), ya que las ondas sonoras de presión provocan la formación de pequeñas e inestables burbujas en los líquidos (fenómeno de cavitación), que favorecen ciertas reacciones (sonoquímica) o facilitan la limpieza de materiales de vidrio.

baño-ultrasonidos

Actividad de consolidación

En este video se resuelve un ejercicio en el que se comparan las longitudes de onda de infrasonidos y ultrasonidos, y se calcula la profundidad del mar utilizando un sónar.

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