Ecolocalización

Cómo funciona la ecolocalización

Los principios básicos de la ecolocalización son la naturaleza constante de la velocidad del sonido a través de un medio determinado (otra palabra para material) y el hecho de que las ondas sonoras se reflejan parcialmente en las interfaces (otra palabra para superficies límite) entre medios diferentes. La idea es producir un sonido que viaje en una dirección determinada, esperar a oír su eco y calcular la distancia que ha recorrido el sonido. Esto puede hacerse utilizando la ecuación del movimiento constante:

$\mathrm{distance}\mathrm{travelled}=\mathrm{speed}\mathrm{of}\mathrm{sound}\times \mathrm{time}\mathrm{travelled}$,

o, en forma simbólica,

$s=v_{\mathrm{sound}}t$,

donde$s$es la distancia que ha recorrido el sonido en metros,$v_{\mathrm{sound}}$es la velocidad del sonido a través del medio por el que viaja el sonido en metros por segundo, y$t$es el tiempo transcurrido entre la emisión del sonido y la audición de su eco, en segundos. La distancia$d$del objeto en el que se ha reflejado el sonido viene dada por$d=s/2$porque el sonido habrá recorrido el doble de esa distancia cuando oigas el eco:

$\mathrm{distance}\mathrm{to}\mathrm{object}=\frac{1}{2}\times \mathrm{distance}\mathrm{travelled}\mathrm{by}\mathrm{sound}$.

Consulta la figura siguiente para ver una representación esquemática de la ecolocalización.

Un murciélago está produciendo el sonido indicado con azul, y el eco a través del reflejo de la presa se indica con rojo, Wikimedia Commons Dominio Público

Información extra de la ecolocalización

Ésta no es la única información que puede obtenerse de un eco. Además, mediante el conocimiento del efecto Doppler, la frecuencia del eco comparada con la frecuencia del sonido original proporciona información sobre la velocidad del objeto. Además, la intensidad del eco (la amplitud de la onda sonora) puede utilizarse para obtener información sobre la reflexión de la onda sonora, en la que influye mucho la densidad del objeto. Por tanto, también se puede determinar la densidad del objeto detectado. Por último, si puedes determinar la dirección de los objetos (más adelante se explica cómo lo hacen los animales), también puedes determinar el tamaño de los objetos viendo en qué direcciones está presente el objeto (ten en cuenta que ya sabes a qué distancia está el objeto, por lo que un poco de trigonometría simple te dará un tamaño).

Usos de la ecolocalización

La ecolocalización se utiliza en animales y barcos, pero también en medicina. Uno de los usos del sonar en los barcos es la ecolocalización. Un barco puede enviar una onda sonora ultrasónica (es decir, de una frecuencia superior a$20\mathrm{kHz}$fuera del alcance del oído humano) a través del agua y detectar su eco. De este modo, puede cartografiar los objetos que hay alrededor del barco, así como el fondo marino, y utiliza esta información para navegar.

En medicina, se puede utilizar una ecografía para observar al feto. Para ello se utiliza un equipo que emite ondas de ultrasonido y también puede detectarlas. Las ondas sonoras se reflejarán en los límites de los tejidos, de modo que el equipo puede formar una imagen tridimensional de dónde están todos los límites de los tejidos. De este modo, puede construir una imagen completa del bebé dentro del útero. También es una forma de ecolocalización. Consulta el artículo sobre las aplicaciones de los ultrasonidos para obtener más información sobre el uso de la ecolocalización en los barcos y en el ámbito médico.

Usos de la ecolocalización por los animales

Estas musarañas utilizan la ecolocalización para detectar a sus presas insectoides por la noche en la maleza densa. Lamusaraña tiene muy poca vista, por lo que depende mucho de la ecolocalización para entender su entorno.

Algunos animales que utilizan la ecolocalización son los murciélagos, algunas aves, las ballenas, algunas musarañas e incluso algunas personas ciegas. Utilizar la ecolocalización significa no tener que depender de la vista para orientarse. Para todos los animales, esto es útil durante la noche. Para los animales que viven bajo el agua, también es útil durante el día, porque la luz no viaja muy lejos a través del agua, mientras que el sonido sí. Así, las ballenas son capaces de "ver" mucho más lejos utilizando la ecolocalización que utilizando los ojos, lo que resulta muy beneficioso en los vastos océanos.

Sonido de ecolocalización

En general, los sonidos producidos por los animales para la ecolocalización son muy fuertes para que puedan percibir objetos que están lejos, y de muy alta frecuencia (sobre todo ultrasónicos) porque los tonos altos dan información con mejor resolución (esto puede compararse con la resolución de las ondas luminosas y el uso de microscopios electrónicos de barrido).

Tipos de ecolocalización

Toda ecolocalización se basa en el mismo principio. Se podría optar por diferenciar entre ecolocalización biológica y tecnológica, y llamarlas tipos distintos. También se podría diferenciar el medio por el que viaja el sonido, lo que haría que los murciélagos (aire) y las ballenas (agua) utilizaran distintos tipos de ecolocalización. También hay una gran diferencia en la forma en que los animales determinan la posición de los objetos.

Los delfines tienen un órgano especial que concentra su sonido en un haz que viaja en una dirección determinada. Si se oye un eco, debe proceder de un objeto situado en esa dirección. Los delfines pueden "escanear" un animal entero produciendo haces de sonido en múltiples direcciones, y son capaces de distinguir distintas especies animales mediante este método.

Alternativamente, los murciélagos emiten sonido en todas direcciones (en realidad sólo gritan), pero utilizan el hecho de que tienen dos oídos para determinar la dirección de la que procede un eco, y la diferencia de tiempo y volumen que perciben ambos oídos proporciona a los murciélagos la información que necesitan. Por ejemplo, si el oído derecho oye el eco antes que el izquierdo, entonces el eco debe proceder de la derecha, por lo que el objeto debe estar a la derecha. Así es también como los humanos pueden interpretar la dirección de un sonido.

Ejemplos de ecolocalización

Para estos ejemplos, supón que la velocidad del sonido es de aproximadamente$1480\mathrm{m}/\mathrm{s}$en el agua y de$343\mathrm{m}/\mathrm{s}$en el aire.