Qual é a velocidade do som e como eles a encontraram?

Qual é a velocidade do som e como eles a encontraram?

Qual é a velocidade do som e como eles a encontraram?

Por muitos anos, os filósofos perguntaram, 'se uma árvore cair na floresta e ninguém estiver lá para ouvir, ela faz algum som?' Os cientistas responderam a essa pergunta e descobriram a velocidade com que o som viajava. Calcular essa velocidade não era tão simples quanto parecia. Ao contrário da velocidade da luz, a velocidade do som não é constante e diferentes variáveis ​​mudam a velocidade com que ele se desloca. Os cientistas perseveraram e agora entendem como o som funciona, seja a voz de uma soprano ou uma árvore caindo no chão.



O que é som?

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O som é a energia criada por vibrações. Quando os objetos vibram, eles fazem com que as partículas ao seu redor vibrem, o que, por sua vez, faz com que mais partículas vibrem. Esta é uma onda sonora. Por exemplo, se uma árvore cai ao solo, as vibrações causadas por sua aterrissagem criam uma onda sonora. As ondas sonoras continuam até que sua energia acabe e, se houver ouvidos dentro do alcance da onda, ela pode realmente ser ouvida.



Qual é a velocidade do som?

gráfico

Ao falar sobre a velocidade do som, a maioria das pessoas está se referindo à velocidade com que as ondas sonoras viajam pelo ar. A uma temperatura de 68 graus Fahrenheit, em um ambiente seco, a velocidade do som é de cerca de 767 milhas por hora. A velocidade muda em diferentes temperaturas e também varia dependendo dos gases presentes no ar.

A Lei das Cordas

Estátua de Pitágoras (Pitágoras) em Roma, Itália

No século 6 a.C., o filósofo, matemático e tocador de lira Pitágoras passou um tempo investigando a forma como o som funciona. Diz a lenda que seu trabalho com o som foi inspirado pela maneira como martelos de diferentes tamanhos criavam tons diferentes em uma oficina de ferreiro. É mais provável que fazer experiências com o comprimento das cordas de sua lira tenha inspirado sua descoberta de que a frequência é inversamente proporcional ao comprimento da corda. É conhecida como a primeira lei das cordas e é um dos primeiros trabalhos registrados sobre ondas sonoras.



Sir Isaac Newton

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Sir Isaac Newton foi o primeiro a publicar uma velocidade para som. Em pé em uma colunata no Trinity College, Newton bateu palmas e mediu quanto tempo levou para o som ecoar de volta em seus ouvidos. Sem equipamento de medição moderno, ele confiava em um pêndulo para medir o tempo. Seu valor, publicado no Principia Mathematica, caiu cerca de 15%. A fórmula desenvolvida por Newton foi aprimorada por Pierre-Simon Laplace e é conhecida como Equação de Newton-Laplace.

Medindo a velocidade do som com tiros

Sinal de estrada para bala à esquerda

No início do século XVIII, o reverendo William Durham conduziu experimentos para medir a velocidade do som. Enquanto ele estava em uma torre com um telescópio, assistentes dispararam contra vários pontos de referência locais. Durham observou o clarão do tiro e usou um pêndulo para medir quanto tempo levou para ouvir o som. Como ele conhecia as distâncias envolvidas, a velocidade do som poderia ser calculada e é considerada a primeira estimativa razoavelmente precisa.

Medindo a velocidade do som com o tubo de Kundt

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August Kundt inventou o tubo de Kundt em 1866. O aparelho consiste em um tubo transparente que contém uma pequena quantidade de pó fino. Quando um som é criado em uma extremidade do tubo, o pó é movido pelas ondas sonoras. Ele se instala em intervalos igualmente espaçados no tubo, dependendo do comprimento de onda. Medir a distância entre pilhas de pó permite que a velocidade do som seja calculada. Encher o tubo de Kundt com diferentes gases permite que a velocidade do som seja medida em diferentes meios.



Medindo a velocidade do som com microfones

Microfones com pedestal, close-up

A maneira mais simples de medir a velocidade do som hoje é usando dois microfones. O conceito básico é o mesmo das espingardas de Durham, mas cronômetros e dispositivos de gravação rápida permitem uma distância menor entre a fonte de som e o dispositivo de medição. O som também pode ser mais suave do que o de um tiro de espingarda.

Efeitos da Altitude

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A temperatura tem o maior efeito na velocidade do som. Em qualquer gás ideal, com composição constante, a velocidade do som depende exclusivamente da temperatura. O som fica mais lento conforme as temperaturas caem, o que significa que as ondas sonoras se movem mais lentamente em altitudes mais elevadas. É por isso que a velocidade geral do som é medida ao nível do mar e se baseia em uma temperatura específica.

Som em diferentes substâncias

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Como o som é criado pela vibração de partículas, ele requer um meio para se mover. Isso significa que não há som no vácuo, mas também significa que o som pode se mover através de outras substâncias além do ar. Na verdade, o som se move mais lentamente através dos gases. Ele se move mais de quatro vezes mais rápido na água e 15 vezes mais rápido através do ferro.

Quebrando a barreira do som

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Embora os primeiros engenheiros aeronáuticos acreditassem que a velocidade do som era uma barreira impossível de ultrapassar, os objetos feitos pelo homem a quebraram há séculos. O estalo ouvido de um chicote é um estrondo sônico, e mesmo as primeiras balas viajaram mais rápido do que a velocidade do som. Chuck Yaeger se tornou a primeira pessoa a voar mais rápido do que o som em um vôo nivelado em 1947. Em 2012, Felix Baumgartner se tornou a primeira pessoa a viajar mais rápido do que o som sem um veículo quando saltou de paraquedas de 120.000 pés.