Velocidade do Som

Qual a velocidade do som? No ar, em condições normais de pressão e no nível do mar a uma temperatura de 20° C, as ondas sonoras se propagam a aproximadamente 343 m/s. No entanto, como os cientistas chegaram a este valor?

Experiências Sonoras

Em 1635, Pierre Gassendi mediu a velocidade do som observando o funcionamento dos canhões. Ao comparar o tempo entre o clarão do disparo e o barulho do canhão, ele obteve o valor de 478 m/s. Mais tarde, uma equipe da Academia de Ciências Parisiense chegou a um resultado muito mais preciso, 344 m/s a 20° C. Hoje sabemos que a temperatura do ar modifica o modo como o som se propaga. Dessa forma os cientistas descobriram que a velocidade do som (c) sob condições normais de pressão pode ser calculada pela fórmula:

c = c_o \sqrt{\frac{T}{T_0}}

Onde:

  • c0 é a velocidade do som a 0° e c0 = 331,45;
  • T é a temperatura Kelvin do ambiente, ou seja a temperatura em Graus Celsius mais 273,15;
  • T0 é o valor correspondete a 0° C em escala absoluta, ou seja, 273,15 K.

Meios Materiais

O som é uma onda mecânica longitudinal. Isso significa que ela se propaga através de pequenas variações do meio material: microscópicas contrações e expansões do ar, da água, da terra ou de qualquer outra substância provocam este tipo de onda. O meio em que o som se propaga afeta a velocidade do som, bem como a temperatura e a pressão.

Veja abaixo uma lista com as diferentes velocidades em diversos meios:

  • No mar, aproximadamente: 1522 m/s;
  • Na borracha, aproximadamente: 1500 m/s;
  • No aço, aproximadamente: 6000 m/s;
  • No alumínio, aproximadamente: 4420 m/s.

Aviões Supersônicos

Atualmente a humanidade possui tecnologia para construir aviões capazes de voar muito rápido. O físico austríaco Ernst Mach, definiu o número de Mach como sendo a razão entre a velocidade do objeto e a do som no meio em que o objeto se encontra. Assim um caça militar voando em Mach 2, está viajando 2 vezes mais rápido que a velocidade do som. Alguns destes aviões podem chegar a Mach 6! O SR-71 Blackbird, o avião usado durante a Guerra Fria, chega 4,3 mil km/h. Já o avião de testes X15 alcançou 7,2 mil km/h, aproximadamente 6 vezes mais veloz o as ondas sonoras.

Os militares são orientados a não ultrapassar Mach 1 em cidades e locais habitados, pois a aeronave ultrapassa o som produzido por si própria, gerando uma onda de choque que pode ferir ouvidos humanos e arrebentar vidraças em prédios próximos. Em 2012, várias janelas do STF foram quebradas em Brasília após um vôo rasante de caças da aeronáutica.

O Concorde é um avião de passageiros que se tornou famoso por atravessar continentes acima de Mach 1.

Salto da Estratosfera

Em um feito extraordinário, o paraquedista Félix Baumgartner realizou um salto da estratosfera em outubro de 2012 tornando-se o homem que realizou o maior salto em queda-livre da história quebrando também o recorde de velocidade em queda livre atingindo 1342 km/h.

Trovões

A diferença de velocidade entre a luz e o som provoca a separação de dois fenômenos com a mesma origem: o relâmpago e o trovão. Durante uma tempestade, ao ver o um relâmpago demoramos alguns segundos até ouvirmos o trovão. Isto nos oferece uma artifício simples para descobrir em a distância aproximada em que o raio caiu: ao ver o clarão basta contar os segundos até que seja ouvido o estrondo do trovão. Se multiplicarmos este tempo por 340 teremos uma medida, em metros, aproximada do local do raio.

A velocidade do som pode variar bastante conforme o meio e as condições de temperatura e pressão, portanto é importante conhecer estas condições para estimar a velocidade correta.

Fontes:
http://www.fisicaequimica.net
http://www.if.ufrj.br/~carlos/trablicen/marco/monografiaMarco.pdf
http://g1.globo.com/mundo/noticia/2012/10/austriaco-supera-velocidade-do-som-com-salto-da-estratosfera.html

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