Sonar para niños
El sonar (que viene del inglés SONAR, un nombre corto para Sound Navigation And Ranging, que significa «navegación y medición por sonido») es una técnica que utiliza el sonido para moverse, comunicarse o encontrar objetos bajo el agua. Funciona de manera parecida a cómo los murciélagos usan el sonido para ver en la oscuridad.
El sonar es como un sistema de "eco" para el agua. En lugar de usar ondas de radio como el radar, el sonar envía pulsos de sonido. Este sonido puede ser generado por materiales especiales que vibran. El término "sonar" también se refiere al aparato que envía y recibe estos sonidos. Las frecuencias de sonido que usa el sonar pueden ser muy bajas o muy altas, algunas incluso fuera del alcance del oído humano. Los sonares que usan frecuencias muy altas son más precisos para identificar objetos, pero no pueden alcanzar distancias tan grandes.
Contenido
Historia del Sonar
Primeras ideas y usos
Aunque animales como los delfines y los murciélagos han usado el sonido para encontrar cosas por millones de años, los humanos empezaron a pensar en ello hace mucho tiempo. Leonardo da Vinci en 1490 sugirió usar un tubo en el agua para escuchar barcos. En el siglo XIX, se usaban campanas bajo el agua cerca de los faros para avisar a los marineros de peligros.
Desarrollo moderno del sonar
El interés en usar el sonido bajo el agua creció mucho después de que el barco Titanic se hundiera en 1912. Un mes después, el meteorólogo inglés Lewis Richardson obtuvo la primera patente para un dispositivo de este tipo. En 1913, el físico alemán Alexander Behm también patentó un resonador. El ingeniero canadiense Reginald Fessenden inventó un sonar moderno en 1914 que podía detectar un iceberg a casi 3 kilómetros de distancia, aunque no podía decir en qué dirección estaba.
Durante la Primera Guerra Mundial, se investigó más sobre el sonido para detectar submarinos. Los británicos usaron micrófonos bajo el agua. El físico francés Paul Langevin y el ingeniero ruso Constantin Chilowski trabajaron en dispositivos activos de sonido para encontrar submarinos en 1915. Sus ideas fueron muy importantes para los diseños futuros.
En 1916, el físico canadiense Robert Boyle creó un prototipo de sonar activo que funcionaba. Este trabajo se hizo en secreto. Para 1918, Francia y Gran Bretaña ya tenían sistemas activos. Los británicos llamaron a sus equipos de detección activa ASDIC. En 1922, comenzaron a producir estas unidades. Estados Unidos desarrolló su propio sonar, el Sonar QB, en 1931.
El sonar en la Segunda Guerra Mundial
Al inicio de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de sonar británica se compartió con Estados Unidos. La investigación sobre el sonar y el sonido submarino creció mucho, especialmente en Estados Unidos. Se crearon muchos tipos nuevos de sonar para usos militares, como las sonoboyas (dispositivos que se lanzan al agua para escuchar) y el sonar para detectar minas. Estos avances fueron la base para el desarrollo de sonares después de la guerra, especialmente para detectar submarinos modernos. El sonar siguió mejorando en muchos países para usos tanto militares como civiles.
¿Cómo funciona el sonar?
El rendimiento del sonar depende de cómo se propaga el sonido en el agua y del equipo que lo recibe.
Propagación del sonido en el agua
El sonido viaja a diferentes velocidades en el agua, dependiendo de la temperatura, la salinidad (cantidad de sal) y la presión. Por ejemplo, el sonido viaja más lento en agua dulce que en agua salada. La temperatura del océano cambia con la profundidad. A menudo, entre 30 y 100 metros de profundidad, hay un cambio notable de temperatura llamado termoclina. Esto puede hacer que el sonido se curve o se desvíe al cruzarla, dificultando la detección.
Las ondas sonoras que se dirigen hacia el fondo del océano pueden curvarse de vuelta a la superficie. Si el sonido se origina en un lugar profundo y las condiciones son adecuadas, puede viajar por un "canal de sonido profundo", donde pierde muy poca energía. Esto permite que el sonido viaje distancias muy largas.
El agua también absorbe el sonido, y esta absorción cambia con la frecuencia. Por eso, los sonares que necesitan funcionar a largas distancias usan frecuencias bajas para que el sonido no se debilite tanto.
Ruido y reverberación
El mar tiene muchas fuentes de ruido que pueden interferir con la señal del sonar, como las olas y el movimiento de los barcos.
Cuando un sonar activo envía un pulso de sonido, este puede rebotar en pequeños objetos en el mar, así como en el fondo y la superficie. Esto se llama reverberación y puede dificultar la detección de objetos. Para evitar esto, los sonares activos necesitan enviar un pulso de sonido muy concentrado.
Características de los objetos
Los objetos que el sonar busca, como los submarinos, tienen características que afectan cómo los detecta el sonar. Para el sonar activo, es cómo reflejan el sonido. Para el sonar pasivo, es el ruido que emiten. Otros objetos marinos, como ballenas, bancos de peces o rocas, también pueden producir ecos.
Medidas de protección
Los submarinos pueden usar contramedidas para confundir al sonar, como liberar dispositivos que hacen mucho ruido o crean un blanco falso. También pueden aislar sus propios ruidos y cubrir su casco con materiales especiales para ser más silenciosos.
Tipos de Sonar
Existen dos tipos principales de sonar: activo y pasivo.
Sonar activo
El sonar activo envía un pulso de sonido, a menudo llamado "ping", y luego escucha el eco o la reflexión de ese sonido. Para calcular la distancia a un objeto, el sonar mide el tiempo que tarda el sonido en ir y volver, y luego usa la velocidad del sonido en el agua. Para saber la dirección, usa varios micrófonos que miden el tiempo en que el sonido llega a cada uno.
El pulso de sonido puede ser simple o más complejo para mejorar la detección. El efecto Doppler (cambio en la frecuencia del sonido debido al movimiento) también se puede usar para medir la velocidad de un objeto.
En situaciones de seguridad, enviar un pulso activo puede revelar la posición de un submarino, por lo que se usa con precaución.
Efectos en la vida marina
Los sonares de alta potencia pueden afectar a los animales marinos, como ballenas y delfines, que usan su propio sistema de ecolocalización. Se teme que los sonidos del sonar puedan confundir a estos animales.
Se ha sugerido que el sonar militar puede asustar a las ballenas, haciendo que suban a la superficie demasiado rápido. En el año 2000, en las Bahamas, una prueba de sonar de la Armada de Estados Unidos se relacionó con el varamiento de diecisiete ballenas, siete de las cuales murieron. Un informe encontró que las ballenas muertas tenían problemas en los oídos causados por el sonido, lo que probablemente las desorientó y las llevó a varar.
Algunos tipos de sonar de frecuencia media se han relacionado con la muerte de cetáceos en varias partes del mundo.
Sonar pasivo
El sonar pasivo detecta sonidos sin emitir nada. Se usa mucho en aplicaciones de seguridad y también en la ciencia, por ejemplo, para saber si hay peces en un lugar.
Identificación de sonidos
El sonar pasivo tiene muchas formas de identificar la fuente de un sonido. Por ejemplo, los barcos suelen tener motores que producen un ruido específico. Si estos ruidos no están bien aislados, pueden ser detectados y ayudar a identificar el tipo de barco. Los sistemas de sonar pasivo tienen grandes bases de datos de sonidos para ayudar a identificar barcos, sus acciones (como la velocidad) e incluso barcos específicos.
Limitaciones por el ruido
El sonar pasivo puede verse afectado por el ruido de los propios motores y hélices del barco que lo usa. Por eso, muchos submarinos están diseñados para ser muy silenciosos. Los micrófonos del sonar a veces se remolcan detrás del barco para reducir el ruido propio y para poder colocarlos a diferentes profundidades, evitando la termoclina.
Las pantallas de sonar pasivo muestran la dirección del sonido y su frecuencia, ayudando a los operadores a entender lo que están escuchando.
Usos del Sonar
El sonar tiene muchos usos importantes, tanto en el ámbito de la seguridad como en el civil y científico.
Usos en seguridad marítima
El sonar es muy importante en las operaciones marítimas. Se usa en barcos, aviones y en instalaciones fijas. El sonar activo es útil porque da la posición exacta de un objeto, pero su uso puede revelar la posición del que lo usa. Por eso, el sonar activo se usa a menudo en aviones o helicópteros, o en barcos que ya son ruidosos.
El sonar pasivo es muy útil porque no emite sonido, lo que lo hace "invisible". Tiene un alcance mayor que el activo y puede identificar el objeto. Como cualquier vehículo con motor hace ruido, el sonar pasivo puede detectarlo. En los submarinos, el sonar pasivo es crucial para escuchar sin ser detectado.
El sonar pasivo también se usa para calcular la trayectoria de un objeto, es decir, su alcance, dirección y velocidad. Esto se hace analizando cómo cambia la dirección del sonido con el tiempo.
Sonar para barcos de superficie
Los sonares en barcos de superficie suelen estar montados en el casco. Los sonares modernos usan bajas frecuencias para mayor alcance y pueden detectar tanto de forma pasiva como activa al mismo tiempo. También pueden enviar y recibir señales de diferentes maneras para cubrir áreas cercanas y lejanas.
Debido al ruido de los barcos, también se usan sonares remolcados, que se arrastran detrás del barco. Esto les permite estar a mayor profundidad y reducir el ruido propio.
Sonar en torpedos y minas
Los torpedos modernos a menudo tienen un sonar activo/pasivo para encontrar su objetivo o seguir su rastro. Las minas también pueden incluir un sonar para detectar y reconocer su objetivo antes de activarse.
Sonar para detectar minas
El sonar antiminas es un tipo especial de sonar que se usa para encontrar objetos pequeños en el fondo del mar.
Sonar en submarinos
Los submarinos dependen mucho del sonar, ya que no pueden ver bajo el agua. Los equipos de sonar pueden estar en el casco o ser remolcados. También son útiles para estudiar el océano.
Sonar en aviones y helicópteros
Los helicópteros y aviones pueden usar sonoboyas (dispositivos que se lanzan al agua para escuchar) o un sonar que se sumerge en el agua. Los datos que recogen pueden ser procesados en la aeronave o en un barco.
Comunicaciones bajo el agua
Los barcos y submarinos tienen sonares especiales para comunicarse entre sí bajo el agua.
Vigilancia marina
Durante muchos años, Estados Unidos operó un gran sistema de sonares pasivos fijos en el fondo del océano, llamado SOSUS, para escuchar sonidos en el mar. Este sistema se usaba en lugares muy silenciosos para lograr grandes alcances.
Seguridad en puertos
El sonar puede usarse para detectar buceadores o personas bajo el agua alrededor de barcos o en las entradas de puertos, para proteger estas áreas.
Sonar de interceptación
Este sonar está diseñado para detectar y localizar las señales de sonares de otros barcos.
Aplicaciones civiles
Pesca
La pesca es una industria muy importante. Los pescadores usan el sonar para encontrar bancos de peces. Las ondas sonoras viajan de manera diferente a través de los peces que a través del agua limpia, porque la vejiga natatoria de los peces (llena de aire) tiene una densidad diferente. Esta diferencia permite que el sonar detecte los peces.
Las empresas fabrican sonares e instrumentos acústicos para la pesca. Por ejemplo, los sensores en las redes miden cosas bajo el agua y envían la información al barco, mostrando la distancia de la red al fondo, la cantidad de peces dentro y otros datos.
Medición de profundidad
Al enviar ondas sonoras directamente al fondo y registrar el eco, se puede calcular la profundidad del agua, ya que la velocidad del sonido en el agua es bastante constante en profundidades pequeñas.
Medición de la velocidad del barco
Se han desarrollado sonares para medir la velocidad de un barco con respecto al agua y al fondo marino.
Sonar en vehículos submarinos
Los vehículos operados a distancia (ROV) y los vehículos submarinos autónomos (UUV) llevan pequeños sonares para poder operar en lugares con poca visibilidad, explorando lo que tienen delante.
Las aeronaves llevan sonares que funcionan como boyas para poder ser localizadas si tienen un accidente en el mar.
Aplicaciones científicas
Estimación de la biomasa
Los sonares pueden usarse para estimar la cantidad de vida (biomasa) en una región acuática, basándose en el sonido que reflejan. Esto es útil para medir la abundancia y distribución de los recursos pesqueros de manera no invasiva.
Etiquetas acústicas
Para seguir los movimientos de peces o ballenas, se pueden colocar pequeños dispositivos acústicos en los animales que emiten pulsos de sonido, lo que permite rastrear su ubicación y profundidad.
Medición de olas
Un sensor de sonido vertical en el fondo del mar o en una plataforma puede medir la altura y el movimiento de las olas.
Medición de la velocidad del agua
Se han creado sonares de corto alcance para medir la velocidad del agua.
Determinación del tipo de fondo
Algunos sonares pueden identificar el tipo de fondo marino, como barro, arena o grava, comparando los ecos que regresan.
Mapeo del fondo marino
Los sonares de barrido lateral pueden crear mapas detallados de la topografía del fondo marino. Los sonares de baja frecuencia se usan para explorar grandes áreas, mientras que los de alta frecuencia se usan para zonas más pequeñas y detalladas.
Caracterización del subsuelo marino
Sonares potentes de baja frecuencia pueden usarse para estudiar las capas superficiales del fondo marino.
Arqueología subacuática
El sonar es una herramienta clave para encontrar barcos hundidos y otros sitios arqueológicos bajo el agua, ayudando a localizarlos en el fondo marino.
Véase también
En inglés: Sonar Facts for Kids
