As ondas sonoras transmitem-se mais rapidamente através de líquidos e sólidos do que através do ar

O som é responsável pela forma de comunicação mais eficiente que conhecemos e ele se comporta como uma onda.

As ondas possuem uma propriedade muito conhecida: elas são capazes de transportar energia sem transportar matéria. Em outras palavras, em sua propagação, as ondas transportam energia sem carregar os objetos por onde passam.

Tomemos como exemplo uma corda de violão que é posta para vibrar. Essa vibração é transmitida para as moléculas de ar que estão ao redor da corda, que por sua vez passam a vibrar. A vibração dessas moléculas é transmitida para as moléculas vizinhas, que por sua vez também passam a se propagar para outras moléculas vizinhas, e assim sucessivamente. Essa propagação ocorre em todas as direções. Por esse motivo a onda sonora é classificada como onda esférica.

Ondas longitudinais

Ao estudarmos ondulatória, ficamos sabendo que as ondas podem se propagar de maneira longitudinal, transversal ou mista. Nos meios fluidos, ou seja, em gases e líquidos, as ondas se propagam de forma longitudinal. Isso quer dizer que o som, ao se propagar, vibra as moléculas de ar na mesma direção da propagação.

Para a visualização desse fenômeno, podemos imaginar uma mola em cuja extremidade se faz uma compressão. Essa compressão irá se propagar por toda a mola, fazendo com que ela vibre na mesma direção de propagação do pulso. Observe a figura:

Meios de propagação e velocidade do som

O som é uma onda mecânica, e por isso não pode se propagar no vácuo. Ou seja, a propagação do som ocorre somente nos meios materiais.No nosso cotidiano é mais comum presenciar o som se propagando no ar, mas nada impede que existam ondas sonoras nos líquidos e nos sólidos. Aliás, o ar não é um bom meio de propagação do som. Apesar de fazer com que o som se desloque a uma velocidade relativamente alta de aproximadamente 340 m/s, os líquidos permitem que as ondas se propaguem ainda mais rápido. Podemos perceber isso quando colocamos a cabeça dentro da água e ouvimos o ruído do motor de um barco com extrema nitidez. Na água, o som se propaga com uma velocidade de aproximadamente 1450 m/s.

Os sólidos também são meios de propagação eficientes. Cabe salientar que nesses meios, além da propagação longitudinal, responsável pela sensação auditiva, existe também um componente transversal de propagação sonora. Nos sólidos, o som se propaga de maneira mais veloz do que nos líquidos. Para se ter uma ideia, a velocidade do som no ferro é de aproximadamente 5130 m/s.

Limites de audibilidade

O som é produzido por corpos que vibram, mas nem toda vibração é capaz gerar um som que vá excitar o nosso tímpano. Para que tenhamos a sensação auditiva é necessário que a onda sonora esteja numa uma faixa de frequência bem definida. Para o ouvido humano, essa faixa de frequência vai de 20 Hz a 20000 Hz. Fora desses limites, o ouvido humano não é capaz de perceber a onda como som. Abaixo de 20 Hz, as ondas são conhecidas como infra-sons e acima de 20000 Hz elas são conhecidas como ultra-sons.

Existem diversos animais que são capazes de perceber sons acima de 20000 Hz. Os cães, por exemplo, conseguem captar frequências de 50000 Hz. Temos também como exemplo os morcegos e os golfinhos.

O eco

Como é uma onda, o som está sujeito aos fenômenos ondulatórios como interferência, refração e reflexão. A reflexão sonora é percebida através de um fenômeno muito curioso conhecido como eco. Para entendê-lo, imagine uma pessoa em um salão amplo que bate palmas uma única vez. Dependendo do tamanho do salão, depois de um curto intervalo de tempo, essa pessoa será capaz de ouvir esse som de palmas novamente.Isso ocorre porque o som, ao se propagar, acaba encontrando um obstáculo. Ao incidir nesse obstáculo, o som sofre uma reflexão e volta para a fonte, que nesse caso é a pessoa que bateu palmas.É verdade que na maioria das vezes o eco não é percebido. Isso acontece por um motivo curioso. Para que o ouvido perceba os dois sons (o incidente e o refletido) de maneira distinta, é necessário que eles estejam separados por um intervalo de tempo de pelo menos um décimo de segundo. Por isso que foi mencionado que a sala deveria ser ampla.

Com esse intervalo de tempo e considerando que o som se propaga com velocidade de 340 m/s, a distância mínima existente na sala para se perceber o eco deverá ser de 17 m. Observe o quadro abaixo:

No cálculo acima utilizamos a famosa equação de velocidade média. Consideramos que, nesse caso, o som se propagou com velocidade constante. Definimos o deslocamento como 2.d, pois estamos considerando a distância de ida mais a distância de volta percorrida pela onda sonora.
O eco é de fundamental importância para os morcegos. Como são criaturas com grau de visibilidade extremamente limitada, eles conseguem perceber os obstáculos à sua frente através da emissão de ultra-sons. Essas ondas, ao baterem nos obstáculos, voltam. Pelo intervalo de tempo entre o som emitido e o refletido, os morcegos conseguem perceber a que distância se encontram dos obstáculos.

A velocidade do som no ar, ao nível do mar, em condições normais de pressão e com temperatura de 20 ºC é de 343 m/s, que corresponde a 1234,8 Km/h.

Já a velocidade do som na água, a uma temperatura de 20 ºC, é de 1450 m/s, o que corresponde a cerca de quatro vezes mais que no ar.

O estado físico dos materiais influencia na velocidade do som, sendo que se propaga mais rapidamente nos sólidos, depois nos líquidos e mais lentamente nos gases.

A velocidade do som sofre ainda a influência da temperatura, de forma que quanto mais elevada ela for, mais rapidamente o som se propaga.

Barreira do som

Quando um avião atinge uma velocidade muito alta, surgem ondas de pressão que se deslocam com a velocidade do som.

Se a velocidade do avião se aproximar da velocidade de Mach 1, ou seja, apresentar a mesma velocidade das ondas de pressão, ele passará a comprimir essas ondas.

Nesta situação, o avião se desloca junto com o seu som. Essas ondas vão se acumulando na frente do avião e cria-se uma verdadeira barreira de ar, que dá-se o nome de barreira do som.

Ao alcançar uma velocidade supersônica, uma onda de choque é produzida devido ao acúmulo de ar comprimido. Essa onda de choque ao atingir a superfície, produz um forte estrondo.

O Som no Vácuo

O som é uma onda, ou seja, é uma perturbação que se propaga em um determinado meio e não transporta matéria, apenas energia.

As ondas sonoras são ondas mecânicas, assim necessitam de um meio material para transportar energia. Portanto, o som não se propaga no vácuo.

Ao contrário do som, a luz se propaga no vácuo porque não é uma onda mecânica, mas eletromagnética. O mesmo ocorre com as ondas de rádio.

Quanto a direção de propagação, o som é classificado como uma onda longitudinal, pois a vibração ocorre na mesma direção do movimento.

Velocidade do Som em Diferentes Meios

A velocidade de propagação do som depende da densidade e do módulo da elasticidade volumétrica do meio.

Nos gases em particular, a velocidade depende do tipo de gás, da temperatura absoluta do gás e de sua massa molar.

Na tabela abaixo, apresentamos o valor da velocidade do som para diferentes meios.

Velocidade do Som no Ar

Conforme vimos, a velocidade do som em um gás sofre a influência da temperatura.

A seguinte fórmula pode ser usada para indicar uma boa aproximação do valor da velocidade do som no ar, em função da temperatura:

v = 330,4 + 0,59T

Onde,

v: velocidade em m/s

T: temperatura em graus Celsius (ºC)

Na tabela abaixo, apresentamos os valores da variação da velocidade do som no ar em função da temperatura.

Os sons audíveis aos ouvidos humanos variam entre 20 e 20 mil Hz. Sons situados abaixo dos 20 Hz são chamados de infrassom, já os com frequência acima dos 20 mil Hz são classificados como ultrassons.

As qualidades fisiológicas do som são: o timbre, a intensidade e a altura. O timbre é a que nos permite distinguir diferentes fontes sonoras.

Já a intensidade está relacionada com a energia da onda, ou seja, sua amplitude. Quanto maior a intensidade, maior o volume do som.

A altura do som depende de sua frequência. Quando a frequência é alta o som é classificado como agudo e quando a frequência é baixa o som é grave.

Medidas da Velocidade do Som

As primeiras medidas da velocidade do som foram feitas por Pierre Gassendi e Marin Mersenne, no século XVII.

No caso de Gassendi, ele mediu a diferença de tempo entre detectar o disparo de uma arma e ouvir o seu estrondo. Contudo, o valor encontrado foi muito alto, cerca de 478,4 m/s.

Ainda no século XVII os físicos italianos Borelli e Viviani, usando a mesma técnica, encontraram 350 m/s, um valor bem mais próximo do real.

O primeiro valor preciso da velocidade do som foi obtido pela Academia de Ciências de Paris, em 1738. Nesse experimento, foi encontrado o valor de 332 m/s.

A velocidade do som na água foi medido pela primeira vez pelo físico suíço Daniel Colladon, em 1826. Ao estudar a compressibilidade da água, ele encontrou o valor de 1435 m/s.

Veja também:

• Efeito Doppler
• Ondas Sonoras