Velocidade do som: o que é e como calcular!
A velocidade do som está relacionada com a temperatura do ambiente, o meio em que está inserido e varia de acordo com o estado.
Em uma construção civil, por exemplo, é necessário usar protetor auricular, por causa dos barulhos de serra, bate-estaca, martelada etc.
Nós também percebemos isso quando, em uma tempestade, ouvimos trovões e depois vemos, em questão de segundos, os relâmpagos aparecendo. Os dois eventos nunca ocorrem simultaneamente.
Para entender como esses fenômenos acontecem vamos explicar de um jeito didático para você entender tudo e se dar muito bem no Enem e nos vestibulares.
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Como surge o som?
Voltando ao primeiro exemplo da construção, no bate-estaca, o pêndulo bate na estaca e isso faz com que o pêndulo, a estaca e o ar em torno dele, vibrem. Essa vibração se transforma no som que os trabalhadores ouvem.
Em outras palavras, o som é um tremor que se espalha no meio material. Outro bom exemplo disso é uma banda de rock n’ roll — o som dos instrumentos, em especial do violão e da guitarra, vibram e produzem um som. Com a propagação do som, as vibrações atingem os nossos ouvidos e o nosso tímpano treme.
Quando os cantores cantam, as cordas vocais vibram e estas vibrações vão para as moléculas do ar. Para ilustrar como isso acontece, imagine a um ônibus lotado. Quando você está vindo do seu colégio e fica um empurrando o outro, uma pessoa pressiona a outra da frente, que oprime o outro e por aí vai. Da mesma forma, as moléculas de ar vibram uma atrás da outra e ocorre a propagação do ar.
Cada vez que moléculas de ar estão dispersas, chamamos de regiões de compressão e rarefação. Na medida que as vibrações de um material se repetem, o processo de compressão e rarefação se repete difundindo de um campo a outro, como uma onda no ar.
Em casos das moléculas de ar vibrarem rumo ao sentido, no qual a onda se propaga, damos o nome de onda longitudinal. Assim, concluímos que o som é uma onda longitudinal.
Qual a velocidade do som?
O som em si precisa de um meio para se propagar e, nesse caso, vale qualquer ambiente, como o ar, a água, no vácuo. Quanto mais próximas e em maiores quantidades as moléculas são, mais rápido o som se propaga no ar. Em outras palavras, quanto mais denso, maior a velocidade de propagação do som.
No ar
A temperatura influencia na propagação da velocidade do som no ar. Quanto mais quente é o ambiente, maiores são as moléculas que se agitam ainda mais e, com a agitação das moléculas, o som se espalha com maior facilidade. Veja:
Temperatura do ar (°C) v (m/s)
0°C 326
20°C 340
100°C 379
O som é um tipo de energia. Voltando ao exemplo da construção, quando o pêndulo está suspenso, ele tem energia potencial. A partir do momento em que o pêndulo desce, ele tem a energia cinética associada ao movimento. Depois que ele se choca com a estaca, transmite essa energia em que é propagado o barulho, produzindo outros tipos de energia — dentre elas, a energia sonora que produz o barulho.
Essa energia é transmitida na forma de onda. Pois bem, quanto maior for a vibração da fonte, maior será a amplitude da onda e maior será a energia. Ao passo que, quanto maior a amplitude da onda, maior será a intensidade do som.
Isso justifica por que algumas vezes você não suporta aquele trânsito com carros buzinando ou, após o show do seu artista preferido, você sente aquela dor de ouvido.
O motivo de isso ocorrer é porque o nosso ouvido tem limites para ouvir os sons. A unidade para medir a intensidade do som chama-se bel, em homenagem ao cientista inglês Graham Bell que inventou o telefone.
A altura depende da frequência do som. A onda sonora é caracterizada pela frequência. A unidade de frequência é o hertz (Hz). Nós conseguimos ouvir vibrações entre 20Hz a 20.000Hz.
Na água
O som leva algum tempo para se propagar na água, porque o estado da matéria e a temperatura do ambiente influenciam na velocidade do som na água. Em uma temperatura de 20°C, a velocidade do som é de aproximadamente 1130m/s.
No vácuo
A velocidade do som não se propaga no vácuo. Ele é uma energia e precisa de uma matéria para ser transportado.
Como calcular a velocidade do som?
Para calcular a velocidade do som, precisamos saber a distância que o som percorreu e o tempo que ele se manifestou a essa distância. Assim, calculamos na seguinte fórmula:
Velocidade = delta / tempo
A distância em questão deve estar em metros, o tempo em segundos, e a unidade que mede esse resultado é m/s (metros por segundos).
Estudos e experiências sonoras
No início do séc XVII, Pierre Gassendi mediu a velocidade do som através de canhões. Na época, ele comparou o tempo que havia entre a luz do disparo e o barulho do canhão e chegou ao valor de 478m/s.
Alguns anos mais tarde, forram realizadas outras comparações, chegando ao resultado mais preciso: 344m/s em um ambiente com temperatura de 20°C.
Em 2012 o paraquedista Félix Baumgartner deu um salto em queda-livre espetacular, atingindo uma velocidade de 1.342km/h.
Características do som
Quando as vibrações são menores que 20.000Hz chamam-se infra-sons e maiores chamam-se de ultra-sons — e não conseguimos captar nenhuma das duas. Quanto maior a frequência do som, mais fino ele é. Já ouviu falar do decibel? Pois bem, é a décima parte do bel, unidade mais usada.
Existem outras características que compõem o som: altura, intensidade, timbre, frequência.
Altura
Quando falamos de altura, é a mesma coisa de frequência, na qual temos os sons graves e agudos, que têm relação com a frequência do som. Os instrumentos violino e violoncelo ilustram bem esse cenário, sendo o primeiro considerado alto e com sons graves, e o segundo baixo, com sons agudos. .
Intensidade sonora
A intensidade sonora é a característica que nos permite diferenciar um som forte de um som fraco. A força do som é medida de acordo com o aumento da amplitude.
Timbre
O timbre é o aspecto sonoro que nos permite identificar dois sons iguais emitido de maneiras diferentes. Vamos supor que o violão emite a nota Mi, enquanto que o piano emite a mesma nota Mi.
Embora as frequências e as notas sejam iguais, o nosso tímpano é capaz de diferenciar os diferentes instrumentos. Percebemos que as fontes em que esses sons são emitidos não são idênticas. Essa propriedade que nos permite perceber os diferentes sons, chama-se timbre.
O timbre é a forma da onda, sendo a formação principal da união dos harmônicos fundamental + harmônicos secundários.
Frequências
A frequência está relacionada com o som e depende do tamanho do corpo que vibra e de sua flexibilidade. No caso de instrumentos como o violão, quanto mais as cordas são curtas, mais agudo será o som por ela emitido.
Todos os corpos em si têm moléculas de ar que batem umas nas outras, produzindo uma frequência natural de vibração.
Aviões supersônicos
O avião que ultrapassa a velocidade do som é o supersônico: uma aeronave com capacidade de voar mais rápido que a velocidade do som.
Que tipo de avião ultrapassa a velocidade do som?
O primeiro avião supersônico foi o Concorde, que voou pela primeira vez em 1976. Voava a uma capacidade de Mach 2, chegando a 2.170km/h.
Após a tragédia envolvendo um supersônico, em que o Air France caiu e 113 pessoas morreram, eles são limitados para serviços militares.
Assim, vemos que a velocidade do som está diretamente relacionada a outros fatores e que isso condiciona a uma maior propagação na matéria. A música e os instrumentos são bons exemplos para você associar esse tema e se sair bem nas provas.
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