A velocidade do som na agua em comparação no ar

Velocidade do som é a rapidez em que uma onda sonora é capaz de se propagar através do espaço. Ela depende do meio em que essa onda se propaga, mas também de outros fatores a ele relacionados, tais como temperatura e pressão.

As ondas sonoras podem sofrer refração ao atravessar meios de elasticidades diferentes, sofrendo, assim, mudanças de velocidade. Nos meios sólidos, por exemplo, o som se propaga muito mais rapidamente que em meios gasosos ou líquidos.

Veja também: Intensidade, timbre e altura – as qualidades que diferenciam os sons

Como se calcula a velocidade do som?

A velocidade do som pode ser calculada a partir de seu comprimento de onda e frequência, como acontece para qualquer tipo de onda, independentemente de sua classificação.

A fórmula utilizada para calcular a velocidade de propagação da onda sonora é a seguinte:

v – velocidade de propagação (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

f – frequência (Hz)

Entretanto, a velocidade do som pode ser determinada a partir de outros fatores, como a temperatura do ar. Para tanto, é possível fazer um cálculo no qual essa velocidade é calculada a partir da seguinte fórmula:

Para utilizar essa fórmula, que relaciona a velocidade de propagação do som com a temperatura do ar, é necessário que se faça a divisão entre as temperaturas ambiente e a temperatura de 0 ºC, ambas medidas em kelvin. Em seguida, é necessário que se extraia a raiz quadrada do resultado obtido e que o multiplique pelo fator 331,45. Fazendo isso, é possível estimar com boa precisão a velocidade do som ao nível do mar, para diferentes temperaturas.

Vamos fazer um exemplo em que se deseja estimar a velocidade de propagação do som ao nível do mar na temperatura de 25 ºC (aproximadamente 298,15 K). Observe:

A tabela a seguir relaciona a velocidade de propagação do som com algumas temperaturas do ar, todas medidas ao nível do mar. Observe:

A velocidade de propagação do som também varia de acordo com a altura em que o som se propaga em relação ao nível do mar. Nessa altura e na temperatura de 25 ºC, as ondas sonoras propagam-se com velocidade de aproximadamente 337 m/s ou 1216 km/h. Entretanto, quando aumentamos nossa altitude em relação a esse nível, a densidade do ar diminui, fazendo com que o som se propague com velocidades relativamente menores.

Veja também: Efeito Doppler – o fenômeno que explica a mudança de frequência do som quando estamos em movimento

Características do som

As características do som são as qualidades que nos permitem identificar diferentes sons. O som apresenta três características: intensidade, altura e timbre.

• Intensidade sonora: diz respeito ao “volume” do som.
• Altura: está ligada à frequência do som.
• Timbre: relaciona-se ao formato das ondas sonoras, bem como à maneira como vibra a fonte das ondas sonoras.

Quer saber mais sobre o assunto? Acesse nosso texto sobre as características do som.

Velocidade do som em diferentes meios

Como dissemos, a velocidade do som varia muito de acordo com o meio em que ele se propaga. Ao passar de um meio para outro, o som mantém sua frequência inalterada, entretanto seu comprimento de onda muda, bem como sua velocidade de propagação. Confira uma tabela que relaciona a velocidade do som em diferentes meios físicos.

Analisando a tabela anterior, é possível perceber a dependência direta entre a velocidade do som a e a densidade do meio em que o som se propaga. Observe a diferença entre as velocidades de propagação do som na água pura e na água do mar, que conta com uma grande quantidade de sais diluídos nela, sendo, portanto, mais densa que a água destilada.

A densidade do meio em que o som viaja afeta diretamente sua velocidade de propagação. Isso ocorre por conta da proximidade entre as moléculas vizinhas, o que é mais comum em meios físicos mais densos, como nos sólidos em geral. Nesses meios, as vibrações produzidas pelas ondas sonoras são transmitidas mais rapidamente.

Outro fator determinante para a velocidade do som é a elasticidade do meio. Essa característica diz respeito à capacidade de se transmitir a vibração por meio das colisões entre moléculas sem que aconteçam perdas significativas de energia.

Leia também: 5 coisas que você precisa saber sobre as ondas sonoras

Barreira do som

Barreira do som é o termo usado em referência à onda de choque produzida por algum móvel que passa a se mover mais rápido que seu próprio som. No momento em que um corpo atinge a velocidade do som, as ondas sonoras por ele produzidas se deslocam junto com o corpo, por isso uma grande zona de pressão é formada na frente do móvel.

A barreira do som é visível, uma vez que as gotículas de água que estão espalhadas no ar condensam-se, devido à grande pressão ao seu redor. Além disso, a barreira do som pode oferecer uma grande resistência para o móvel, por isso, caso ele não a ultrapasse rapidamente, não conseguirá atingir velocidades supersônicas.

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

O som transmite-se muito mais eficiente e rapidamente na água, (onde a sua velocidade média é de cerca de 1450 m s-1) do que no ar (velocidade média de 340 m s-1). Esta facilidade de propagação do som é utilizada pelo homem e pelos animais, como podemos ver com os exemplos que se seguem. O sonar (sound navigation and ranging) é um instrumento que utiliza as ondas sonoras (ultrasons) para detectar objectos no interior do oceano (submarinos, cardumes de peixes, etc.) ou o próprio fundo do mar e determinar a que distância se encontram. Se um sinal sonoro emitido pelo sonar encontrar um alvo (um objecto ou o fundo do mar), ele é reflectido; o tempo que medeia entre a emissão do sinal e a recepção do respectivo eco permite determinar a distância a que está o alvo, desde que se conheça a velocidade do som nesse local. Também os animais marinhos, como por exemplo as baleias e os golfinhos, utilizam o som (ultrasons) para detectar as presas ou para comunicar entre eles.

In http://nonio.fc.ul.pt/oceano/velocidade.htm

Velocidade do som é a medida do espaço que é percorrido por uma onda sonora durante um intervalo de tempo. Essa medida depende diretamente do meio no qual o som propaga-se. Além disso, a velocidade do som depende de uma característica do meio no qual ele se propaga chamada de elasticidade, ou seja, sua capacidade de se deformar quando sujeito a alguma pressão.

Para a melhor compreensão de todo o conteúdo contido neste texto, sugerimos que você confira os artigos O que é som? e também Ondas sonoras.

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Características

Quando o som propaga-se no ar, por exemplo, ele cria regiões de compressão e rarefação. Tais regiões caracterizam-se por altas e baixas pressões que se alternam em um movimento de vai e vem. É por esse motivo que o som é definido como onda transversal e mecânica: ele se propaga na mesma direção do estímulo responsável por produzi-lo. Além disso, é necessário que haja um meio para propagá-lo.

Veja também: Por que o som não se propaga no espaço?

Além de sua dependência da rigidez do meio, a velocidade do som também pode variar de acordo com a temperatura. No caso do som que se propaga no ar atmosférico, existe uma fórmula empírica que relaciona a velocidade de propagação do som a partir de 0 ºC (273,15 K) com a temperatura do ar. Confira:

A fórmula acima relaciona a velocidade de propagação do som a 0ºC (331,45 m/s) com a temperatura em que se deseja calcular a velocidade do som (T), em kelvin. Confira o exemplo a seguir, no qual calculamos a velocidade do som no ar para a temperatura de 25 ºC (298,15 K):

O resultado obtido pelo cálculo acima é aproximado, uma vez que diferentes fatores, como a altura em relação ao nível do mar, podem afetar diretamente a velocidade de propagação do som no ar. Se convertido em quilômetros por hora (km/h), a velocidade do som no ar obtida por meio desse cálculo é de aproximadamente 1238 km/h.

Apesar de útil, a fórmula mostrada acima só é válida para a propagação do som no ar atmosférico. Caso queiramos usar uma fórmula mais geral, é necessário considerar a fórmula que relaciona a velocidade do som com a sua frequência e comprimento de onda.

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É possível calcular a velocidade do som se soubermos o seu comprimento de onda e a sua frequência. Chamamos de comprimento de onda o espaço que é percorrido por uma oscilação completa da onda sonora, enquanto a frequência pode ser compreendida como o número de oscilações que a onda sonora realiza a cada segundo:

v – velocidade do som (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

f – frequência do som (s-1 ou Hz)

Outro fato interessante sobre a velocidade sonora é que a sua velocidade de propagação não depende do observador (quem escuta as ondas sonoras). Se você se afasta ou se aproxima de uma fonte emissora de ondas sonoras, a sua velocidade em relação a essas ondas permanece constante.

Isso acontece porque a velocidade de propagação do som depende somente das características do meio em que ele se propaga. Desse modo, quando nos aproximamos de uma fonte emissora de ondas sonoras, percebemos um aumento na frequência do som, acompanhado de uma diminuição do comprimento de onda, e a velocidade de propagação mantém-se constante. O nome dado a esse fenômeno é efeito doppler. Se quiser saber mais sobre como esse fenômeno acontece, acesse o nosso texto: Efeito doppler.

Quando o som passa de um meio para outro, ele pode sofrer refração, assim como ocorre com a luz. Quando refratado, o som tanto pode ter sua velocidade aumentada como diminuída, de acordo com a rigidez do meio em que ele passa a se propagar. Quando o som é transmitido pelo interior dos meios sólidos, como nos metais, as suas velocidades de propagação geralmente são muito superiores àquelas que são alcançadas em meios líquidos e gasosos, graças à grande proximidade e à forte interação existente entre as moléculas de um sólido.

No interior dos sólidos, diferentemente da forma em que o som se propaga no ar, os sons podem propagar-se na forma de ondas transversais, como também na forma de ondas longitudinais. As ondas longitudinais produzidas pelo som no interior dos sólidos são chamadas de ondas de pressão. Esse tipo de onda pode ser observado e detectado a longas distâncias durante a ocorrência de grandes terremotos, por exemplo.

Velocidade do som em Mach

Existe um número utilizado como parâmetro para se comparar a velocidade de propagação de algo com relação à velocidade média de propagação do som no ar (340 m/s). Esse número é chamado de número de Mach (Ma) e é bastante utilizado para comparar a velocidade do voo de caças e foguetes, que frequentemente viajam em velocidades superiores à velocidade do som, chamadas de velocidades supersônicas. Veja a fórmula utilizada para calcular o número de Mach:

M – número de Mach

vO – velocidade do objeto

VS – velocidade média do som no ar (340 m/s)

Se analisarmos a fórmula utilizada para o cálculo do número de Mach, perceberemos que se trata de uma grandeza adimensional (desprovida de qualquer unidade física que a defina). Além disso, quando algum corpo move-se a 2 Ma (lê-se 2 Mach), isso significa que a sua velocidade de propagação é 2 vezes maior que a velocidade de propagação do som no ar (680 m/s).

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Velocidade do som em cordas

Quando o som propaga-se em algum meio unidimensional e homogêneo, como em cordas ou fios esticados, é possível determinar a sua velocidade por meio da fórmula de Brook Taylor. Confira:

v – velocidade de propagação do som (m/s)

F – Tração aplicada ao fio (N)

μ – densidade linear do fio (kg/m)

A fórmula acima mostra que a velocidade de propagação do som em cordas e fios é proporcional à intensidade da força de tração que é aplicada sobre eles: quanto mais esticados, maior será a velocidade do som em seu interior. Além disso, pode-se observar que a velocidade do som é inversamente proporcional à grandeza μ, conhecida como densidade linear. Essa grandeza mede a quantidade de massa, em quilogramas, contida em cada metro de comprimento desse fio.

Velocidade do som em diferentes meios

Confira qual é a velocidade do som para diferentes meios:

Quando analisamos a tabela acima, é possível perceber que existe uma grande diferença entre a velocidade do som na água pura (destilada) e na água do mar (salgada). Isso ocorre pela presença de uma grande quantidade de sais diluídos na água do mar, bastante eficazes na propagação das ondas sonoras.