Propagação do som: velocidade, mídia, experimentos - Ciência - 2023

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o propagação de som Sempre ocorre em um meio material, pois o som é uma onda longitudinal que alternadamente comprime e expande as moléculas do meio. Ele pode se espalhar pelo ar, líquidos e sólidos.

O ar é o meio mais comum de propagação do som. A vibração produzida por uma fonte sonora, como a voz ou uma buzina, é transmitida por sua vez em todas as direções para as moléculas de ar circundantes e estas para suas vizinhas.

Esse distúrbio causa variações de pressão no ar, criando ondas de pressão. Essas variações se espalham e quando chegam ao tímpano, ele começa a vibrar e o sinal auditivo é produzido.

As ondas transportam energia na mesma velocidade da perturbação. No ar, por exemplo, o som viaja a uma taxa de cerca de 343,2 m / s em condições normais de temperatura e pressão, sendo essa velocidade uma característica do meio, como veremos mais adiante.


Como ocorre a propagação do som?

A propagação do som ocorre basicamente de duas formas, a primeira é o som que vem diretamente da fonte que o origina. A segunda é através das ondas sonoras que se refletem em obstáculos como as paredes das salas, dando origem a um campo sonoro reverberante.

Essas reflexões das ondas sonoras podem ocorrer muitas e muitas vezes e o que é interpretado como som é a pressão acústica resultante do campo sonoro direto e do campo reverberante.

Nesse processo, as ondas sonoras cedem sua energia ao meio e se atenuam com a distância até desaparecerem.

Velocidade de propagação do som

A velocidade com que o som se propaga em diferentes mídias depende de suas propriedades. Os mais relevantes são densidade, elasticidade, umidade, salinidade e temperatura. Quando isso muda, a velocidade do som também.


A densidade do meio é uma medida de sua inércia, que é uma resistência à passagem da onda de pressão. Um material muito denso inicialmente se opõe à passagem do som.

Por sua vez, a elasticidade indica quão fácil é para o médium recuperar suas propriedades uma vez perturbado. Em um meio elástico, as ondas sonoras viajam com mais facilidade do que em um meio rígido, porque as moléculas estão mais dispostas a vibrar continuamente.

Existe uma quantidade física chamada módulo de compressibilidade para descrever o quão elástico é um meio.

Equação para a velocidade do som

Em geral, o som se propaga em um meio com uma velocidade dada por:

Onde a propriedade elástica é o módulo de compressibilidade B e a propriedade y é a densidade ρ:


Finalmente, a temperatura é outro fator importante quando o som se propaga através de um gás como o ar, que é o meio pelo qual a maioria das ondas sonoras se propagam. Ao considerar o modelo de gás ideal, o quociente B / ρ depende apenas de sua temperatura T.

Desta forma, a velocidade do som no ar a 0ºC é de 331 m / s, enquanto a 20 ºC seu valor é de 343 m / s. A diferença se explica porque quando a temperatura aumenta, o estado vibracional das moléculas de ar também aumenta, facilitando a passagem do distúrbio.

Mídia de propagação

O som é uma onda mecânica que precisa de um meio material para se propagar. Portanto, não há como o som ser transmitido no vácuo, ao contrário das ondas eletromagnéticas que podem fazer isso sem maiores problemas.

Ar

O ar é o ambiente mais comum para a transmissão de som, assim como outros gases. Os distúrbios são transmitidos por colisões entre moléculas gasosas, de forma que quanto maior a densidade do gás, mais rápido o som viaja.

Como já dissemos, a temperatura influencia a propagação do som nos gases, pois quando é maior, as colisões entre as moléculas são mais frequentes.

No ar, a dependência da velocidade do som v na temperatura T em Kelvin é dada por:

Muitas vezes a temperatura não é distribuída uniformemente em um local, por exemplo, uma sala de concertos. O ar mais quente está mais próximo do chão, enquanto acima do público pode ser até 5ºC mais frio, o que afeta a propagação do som na sala, já que o som se move mais rápido nas áreas mais quente.

Líquidos e sólidos

O som viaja mais rápido em líquidos do que em gases e ainda mais rápido em sólidos. Por exemplo, em água doce e salgada, ambas a uma temperatura de 25 ° C, a velocidade do som é, respectivamente, 1493 m / se 1533 m / s, cerca de quatro vezes mais do que no ar, aproximadamente.

É fácil verificar colocando a cabeça na água, por isso o barulho dos motores dos barcos é muito melhor ouvido do que no ar.

Já em materiais sólidos como aço e vidro, o som pode chegar a 5920 m / s, portanto conduzem o som muito melhor.

Experimentos Simples de Propagação de Som

Experimento 1

As ondas sonoras interferem de forma construtiva ou destrutiva, em outras palavras, elas se sobrepõem. Você pode experimentar esse efeito facilmente com um experimento simples:

materiais

-1 par de alto-falantes como os que você usa em computadores desktop.

- Telefone celular com aplicativo gerador de ondas instalado.

-Fita métrica

Processo

O experimento é realizado em uma grande sala aberta. Os alto-falantes são colocados lado a lado, separados por 80 cm e na mesma orientação.

Agora os alto-falantes estão conectados ao telefone e ambos ligados com o mesmo volume. Uma frequência específica é selecionada no gerador, como 1000 Hz.

Então você tem que se mover ao longo da linha que une os alto-falantes, mas mantendo uma separação de cerca de 3 m. É imediatamente perceptível que em alguns pontos a intensidade do som aumenta (interferência construtiva) em alguns pontos e diminui em outros (interferência destrutiva).

Observa-se também que quando se posiciona no ponto equidistante dos alto-falantes, este é sempre um local de interferência construtiva.

Experimento 2

Essa experiência, que requer a participação de duas pessoas, serve para verificar se os objetos têm frequências características.

materiais

2 garrafas vazias idênticas.

Processo

Os participantes devem manter suas garrafas em pé e na vertical e estar a cerca de 2 m de distância. Uma das pessoas sopra pela boca da garrafa, fazendo com que o jato de ar colida obliquamente, a outra pessoa segura a garrafa verticalmente junto à orelha.

O ouvinte imediatamente percebe que o som parece vir de sua própria garrafa, embora o som original seja produzido na garrafa que a outra pessoa está soprando. Este fenômeno é chamado ressonância.

A experiência pode ser repetida enchendo a garrafa da pessoa que está soprando até a metade com água. Neste caso, o som também é gravado, mas mais alto.

Referências

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