O som está à nossa volta. Usamos nosso senso de som para navegar em nosso ambiente, comunicar e apreciar música. Mas o que é som? Como é feita e como é transmitida de um local para outro?
O que são ondas sonoras?

O som é um tipo de onda mecânica ou uma oscilação da matéria. Uma onda é uma perturbação que viaja de um local para outro em um meio. A chave aqui é que os pontos no meio oscilam no lugar enquanto a própria perturbação viaja.

Por exemplo, considere uma onda feita por uma multidão em um jogo de bola. Os fãs em seus assentos servem como meio de onda. Individualmente, eles se levantam, levantam os braços e depois se sentam - eles oscilam no lugar. A perturbação, no entanto, percorre todo o caminho ao redor do estádio.
As oscilações em um meio tendem a ocorrer em uma das duas variedades: Ondas transversais oscilam em ângulos retos com a direção da viagem (como acontece com a platéia no estádio, ou uma onda em uma corda) e as ondas longitudinais oscilam paralelamente à direção da viagem.

As ondas sonoras são ondas longitudinais. Quando uma onda sonora se propaga através de um meio, como o ar, isso faz com que as moléculas de ar vibrem, o que causa mudanças na pressão do ar, resultando em compressões (regiões de alta pressão) e rarefações (regiões de baixa pressão) na região. ar enquanto a onda viaja.

Pense em uma mola de brinquedo como um Slinky estendido sobre uma mesa com uma pessoa segurando uma das extremidades. Se uma pessoa puxa o Slinky em sua direção, ela envia uma onda longitudinal pelo Slinky. Você verá regiões das bobinas Slinky que são mais espaçadas (compressões) e mais espaçadas (rarefações). Qualquer ponto do Slinky oscila para frente e para trás no lugar, à medida que a perturbação se move de um extremo ao outro.

Novamente, é exatamente isso que acontece com as ondas sonoras no ar, ou em qualquer outro meio, nesse sentido. .
Como são criadas as ondas sonoras?

Assim como em qualquer outra onda, as ondas sonoras são criadas por um distúrbio ou vibração inicial. Um diapasão atingido, por exemplo, vibra em uma frequência específica. À medida que se move, esbarra nas moléculas de ar ao seu redor, comprimindo-as periodicamente.
As regiões comprimidas transferem essa energia para as moléculas de ar vizinhas também e a perturbação se move através do ar até atingir seu ouvido, a Nesse ponto, ele transfere energia para o tímpano, que vibra na mesma frequência - e é interpretado pelo cérebro como som.

Quando você fala, você vibra sua laringe (um pequeno tubo oco na parte superior do seu traquéia), que por sua vez vibra o ar ao seu redor, que propaga a energia do som para o ouvinte. Ao contrair e expandir o tecido da laringe, além de manipular os articuladores da boca (lábios, língua e outras estruturas da boca), você pode criar sons diferentes.

Todos os objetos podem ser fontes sonoras que criam som da mesma maneira - vibrando e transferindo essas vibrações para um meio adjacente, como o ar.
A velocidade do som

O som viaja a uma velocidade de v (som no ar seco) \u003d 331,4 + 0,6T _{c
onde T c
é a temperatura em Celsius. Em um dia padrão de 20 graus Celsius (68 graus Fahrenheit), o som viaja a cerca de 343,4 m /s. São cerca de 768 milhas por hora!}

A velocidade do som é diferente em diferentes mídias. Por exemplo, a taxa na qual uma onda sonora viaja na água pode ser maior que 1.437 m /s; na madeira é de 3.850 m /s; e no alumínio, acima de 6.320 m /s!

Como regra geral, o som viaja mais rápido em materiais onde as moléculas estão mais próximas. Viaja o mais rápido em sólidos, o segundo mais rápido em líquidos e mais lento em gases.
Experiência: Medindo a velocidade do som

Você pode realizar um experimento simples para medir a velocidade do som. Para fazer isso, você precisará de uma fonte de emissão de som (que pode ser um diapasão, um aplauso de mão ou sua própria voz) e uma superfície refletora a uma distância conhecida da fonte (como uma parede de penhasco sólida a vários metros de distância). à sua frente ou na extremidade fechada de um tubo simples).

Desde que você tenha equipamentos (e /ou reflexos com rapidez suficiente) que possam medir o tempo decorrido entre o momento em que o som é emitido e o retorno ao localização da fonte através de um eco fora da superfície refletora, você terá informações suficientes para determinar a velocidade.

Basta levar o dobro da distância da fonte até a superfície refletora (já que o som viaja da fonte para a superfície, e depois novamente) e divida-o pelo tempo entre emissão de som e eco.

Como exemplo, suponha que você grite em um desfiladeiro de 200 m de profundidade e receba um eco de volta em 1,14 segundos. A velocidade do som seria 2 × 200 /1,14 \u003d 351 m /s.
Exceder a velocidade do som

Você pode estar familiarizado com o fenômeno de certas aeronaves quebrando a barreira do som. O que isso significa é que a aeronave voa mais rápido que a velocidade do som. No momento em que excede essa velocidade, cria um boom sônico.

Uma aeronave viajando em Mach 1
está viajando na velocidade do som. Mach 2 é o dobro da velocidade do som e assim por diante. A aeronave mais rápida do mundo foi o norte-americano X-15, que atingiu a velocidade de Mach 6,7 em 3 de outubro de 1967.

Em terra, a velocidade do som foi interrompida em 15 de outubro de 1997 por Andy Green que percorreram 763.035 milhas por hora em um carro a jato ThrustSSC no deserto de Black Rock, em Nevada.
Frequência e comprimento de onda

A frequência de uma onda é o número de oscilações que ocorrem em um determinado ponto no meio por segundo. É medido em unidades de hertz (Hz) onde 1 Hz \u003d 1 /s. O comprimento de onda de uma onda sonora é a distância entre duas regiões consecutivas de compressão máxima. É normalmente medido em unidades de metros (m).

A velocidade de uma onda sonora, v,
está diretamente relacionada à frequência f
comprimento de onda lambda via v \u003d λf
.

A velocidade do som em um meio específico não depende da frequência ou do comprimento de onda, mas é uma constante desse meio em particular. A frequência de uma onda sonora sempre corresponderá à frequência da fonte sonora, portanto, não depende da velocidade média ou da onda.

Portanto, em dois meios diferentes, as frequências serão as mesmas, enquanto as velocidades serão específicas para os médiuns e os comprimentos de onda variarão de acordo. (A alta frequência corresponde a pequenos comprimentos de onda e vice-versa.)

Os intervalos de frequência que normalmente são detectáveis pelo ouvido humano variam de 64 Hz a 23 kHz, embora as pessoas tendam a perder a capacidade de ouvir as frequências mais altas. eles envelhecem. Por outro lado, os cães podem ouvir até 45 kHz (é por isso que respondem aos apitos de cachorro que são inaudíveis aos seres humanos), os gatos podem ouvir até 64 kHz e os tonos podem ouvir até 150 kHz!
"No espaço, ninguém pode ouvi-lo gritar"

Você sem dúvida encontrou esta citação do filme de 1979 Alien
, e é verdade: o som não viaja em um vácuo. Isso ocorre porque precisa de um meio. Tem que haver algum material entre a fonte sonora e você para que o som se propague.

Então, todas essas cenas espaciais de batalha que você vê nos filmes com explosões fortes? Completamente falso! Não haveria som porque não há meio para ele viajar.
Intensidade sonora e energia sonora

Intensidade sonora, I
, é a potência sonora por unidade de área. A unidade SI para a intensidade do som é de watts /m 2, onde I _{0
\u003d 10 ^{-12 W /m 2 é considerado o limiar para a audição humana. Coloquialmente, a intensidade do som é o que consideramos ser a "sonoridade" de um som.}}

Uma maneira comum de apresentar a sonoridade percebida é usando a escala de decibéis (dB), onde a intensidade do som está em decibéis \u003d 10_log (I /I _{0) ._}

Essa escala é útil porque os humanos não percebem o volume linearmente. Ou seja, um som com o dobro da intensidade pode parecer duas vezes mais alto quando começou silencioso e menos que duas vezes mais alto se já tiver começado um pouco alto. A escala de decibéis fornece números mais consistentes com nossas percepções.

O som da respiração leve varia em torno de 10 dB, enquanto a conversa em um restaurante é de cerca de 60 dB. Um jato a jato a 1.000 pés é de cerca de 100 dB. Um trovão doloroso limítrofe é de 120 dB e os tímpanos se rompem a 150 dB.

A energia em uma onda sonora está diretamente relacionada à intensidade. As unidades de intensidade, W /m 2, são as mesmas que J /(sm 2) ou energia em joules por segundo por metro quadrado.
Instrumentos musicais

Lembre-se de que o a velocidade do som dependia apenas do meio, e não da frequência da onda. Isso é bom porque, caso contrário, ouvir um concerto seria uma experiência terrível, com diferentes notas musicais chegando a você fora de ordem.

Diferentes frequências de som correspondem a diferentes tons ou notas musicais. Quando um cantor canta, ele produz frequências diferentes, alterando o tamanho e a forma da laringe. Os instrumentos musicais são projetados para criar sons de tons puros, geralmente criando ondas estacionárias, seja em um tubo ou cano ou ao longo de uma corda.

Considere um instrumento de corda, como um violão. A frequência com que uma corda arrancada vibra depende de sua densidade de massa (quanta massa por unidade de comprimento), da tensão na corda (quão firme ela é mantida) e de seu comprimento. Se você olhar para um violão, verá que cada corda tem uma espessura diferente. Os botões de afinação na extremidade da alça permitem ajustar a tensão das cordas, e os trastes oferecem lugares para colocar os dedos para alterar o comprimento das cordas enquanto você toca, permitindo criar muitas notas diferentes.

Os sopros de madeira, por outro lado, consistem em tubos ocos, onde as ondas estacionárias podem ser criadas em colunas de ar (como em sua laringe). Os diferentes orifícios de tom nesse instrumento permitem alterar os tipos de ondas estacionárias que podem se formar e, portanto, alterar as notas que podem ser tocadas.

Para um instrumento como um trombone, você também pode ajustar o tubo movendo o slide para frente e para trás, permitindo que diferentes ondas estacionárias de frequência e, portanto, notas diferentes sejam tocadas.

Instrumentos percussivos, como bateria, dependem das vibrações de uma membrana (como uma cabeça de tambor) . Assim como tocar as cordas de um violão, quando você toca a cabeça do tambor em locais diferentes, ondas estacionárias se formam na membrana, criando som. A frequência e a qualidade do som dependem do tamanho da membrana, de sua espessura e tensão.