Qué hace esta calculadora
Esta calculadora indica la velocidad del sonido en agua pura (destilada) a presión atmosférica en función de la temperatura. Introduce una temperatura entre 0 °C y 95 °C (32–203 °F) y devuelve la velocidad del sonido en metros por segundo, junto con las conversiones a kilómetros por hora, pies por segundo y millas por hora.
El cálculo emplea el polinomio de quinto grado publicado por W. Marczak en 1997 en el Journal of the Acoustical Society of America, una correlación de referencia muy utilizada que se ajusta a mediciones experimentales de alta precisión de la velocidad del sonido en agua pura. Dentro de su rango de validez declarado de 0–95 °C, reproduce los datos experimentales con un error muy inferior a 0.1 m/s. Como referencia, el sonido viaja a unos 1,482.4 m/s en el agua a 20 °C y a unos 1,496.7 m/s a 25 °C.
Cómo usarla
- Introduce la temperatura del agua en el primer campo.
- Elige la unidad de temperatura: Celsius (°C) o Fahrenheit (°F). Los valores en Fahrenheit se convierten a Celsius antes de aplicar la correlación.
- Pulsa Calcular. El resultado principal es la velocidad del sonido en metros por segundo; la tabla situada debajo muestra esa misma velocidad en km/h, ft/s y mph.
Ten en cuenta las hipótesis: la correlación se aplica a agua pura a presión atmosférica. No es válida para agua de mar (la salinidad aumenta la velocidad del sonido) ni para condiciones de aguas profundas donde influye la presión, y la temperatura debe mantenerse dentro de 0–95 °C.
La fórmula explicada
La calculadora evalúa el polinomio de quinto grado de Marczak (1997), donde c es la velocidad del sonido en m/s y T es la temperatura del agua en °C:
$$c(T) = 1402.385 + 5.038813\,T - 5.799136 \times 10^{-2}\,T^{2} + 3.287156 \times 10^{-4}\,T^{3} - 1.398845 \times 10^{-6}\,T^{4} + 2.787860 \times 10^{-9}\,T^{5}$$Fuente: W. Marczak, “Water as a standard in the measurements of speed of sound in liquids”, Journal of the Acoustical Society of America, 102(5), 2776–2779 (1997). Validez: 0 ≤ T ≤ 95 °C a presión atmosférica.
La curva no es monótona: la velocidad aumenta desde unos 1,402.4 m/s a 0 °C, alcanza un máximo de aproximadamente 1,555 m/s cerca de 74 °C y luego disminuye ligeramente a medida que la temperatura se acerca a 95 °C.
Ejemplo resuelto
¿Cuál es la velocidad del sonido en agua pura a 25 °C? Sustituyendo T = 25 en el polinomio, término a término:
- Término constante: 1402.385
- 5.038813 × 25 = +125.970325
- 5.799136 × 10−2 × 25² = 0.05799136 × 625 = −36.244600
- 3.287156 × 10−4 × 25³ = 0.0003287156 × 15,625 = +5.136181
- 1.398845 × 10−6 × 25⁴ = 0.000001398845 × 390,625 = −0.546424
- 2.787860 × 10−9 × 25⁵ = 0.00000000278786 × 9,765,625 = +0.027225
Así, a 25 °C el sonido se propaga por el agua pura a unos 1,496.73 m/s — aproximadamente 5,388 km/h o 3,348 mph.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el sonido viaja más rápido en el agua que en el aire? La velocidad del sonido en un fluido es igual a la raíz cuadrada del módulo de compresibilidad dividido por la densidad. El agua es mucho menos compresible que el aire, y esa rigidez supera a su mayor densidad, de modo que el sonido se propaga unas 4.3 veces más rápido en el agua — alrededor de 1,482 m/s frente a unos 343 m/s en el aire a 20 °C.
¿La velocidad del sonido en el agua aumenta siempre con la temperatura? No. De forma poco habitual entre los líquidos, aumenta desde unos 1,402.4 m/s a 0 °C hasta un máximo de aproximadamente 1,555 m/s cerca de 74 °C, y después disminuye lentamente a medida que el agua se calienta. Esta calculadora reproduce ese comportamiento no monótono porque utiliza el polinomio completo de quinto grado en lugar de una aproximación lineal.
¿Puedo usar esta calculadora para agua de mar? No. La salinidad aumenta la velocidad del sonido en torno a 1.3 m/s por cada unidad práctica de salinidad, y la presión añade más con la profundidad, por lo que la velocidad del sonido en el océano suele ser algunas decenas de metros por segundo mayor que en agua pura. Para agua de mar conviene usar correlaciones específicas como la de Mackenzie (1981) o la ecuación de Chen–Millero (UNESCO).
