Muitas coisas podem instigar as pessoas mais curiosas, ainda mais quando estão na infância. Entretanto, não falamos apenas pelo barulho emitido por aviões e aeronaves, mas também algo inusitado em relação à velocidade do som em meio a tempestades com relâmpagos e trovões.
Aliás, para muitos, esses fenômenos naturais podem parecer a mesma coisa, mas você vai aprender aqui que eles não são. Até porque os relâmpagos ou clarões, são apenas a parte visível. Por outro lado, os trovões, são a parte que ouvimos.
De qualquer forma, embora ocorram num mesmo instante, só conseguimos ouvir o trovão segundos após a ocorrência de um relâmpago. Isso porque a velocidade da luz é extremamente maior que a do som. Enfim, é hora apertar os cintos e viajar conosco para quebrar a barreira do conhecimento e entender melhor o que é a velocidade do som.
Calculando a velocidade do som na antiguidade
Conforme as primeiras aulas de física na escola, aprendemos que a velocidade da luz é extrema, o que garante que enxerguemos um relâmpago quase que no exato momento em que é produzido. Por outro lado, o trovão apresenta um tempo maior de percepção para os ouvimos, já que sua onda demora a chegar aos ouvidos.
Ainda no século XVII, muitos cientistas procuraram determinar qual o valor definitivo da velocidade do som. Contudo, o primeiro a ter certo sucesso nessa empreitada foi o célebre Isaac Newton. Afinal, ele foi pioneiro ao notar a importância dos cálculos da velocidade da luz no processo.
Para isso, ele realizou um experimento onde uma pessoa acionava um canhão a cerca de vinte quilômetros de outra. Então, essa última calculava o tempo entre o clarão e a chegada do som causado pela explosão do canhão.
A partir desses valores, era calculada a velocidade do som, mesmo que à época ainda não eram adicionados fatores como densidade do ar e temperatura nos cálculos. Apenas cento e cinquenta anos depois que um matemático e físico francês jogou esses dados nas suas contas.
Com isso, hoje nós podemos chegar a resultados mais precisos. Visto que, ao nível do mar e a uma temperatura de vinte graus centígrados, a velocidade do som no ar é de trezentos e quarenta metros por segundo. Enfim, essa temperatura na equação ajuda a determinar essa velocidade, pois quanto maior a temperatura do gás, maior a velocidade de propagação da onda sonora.
Qual a velocidade do som nos diferentes materiais?
De acordo com a ciência, todo som é formada por uma onda mecânica com progressão longitudinal. Ou seja, ela tem sua propagação por meio de variações pequenas no meio material, como minúsculas contrações, expansões da água, terra e ar ou mesmo de qualquer substância.
Sendo assim, o meio ou material onde o som se propaga tem relação com a sua velocidade, bem como a temperatura e a pressão atmosférica local. Dessa forma, veja abaixo, em números aproximados, qual é a velocidade do som nos meios de condução mais comuns em nosso dia-a-dia:
- Velocidade do som no aço, cerca de aproximadamente: 6.000 m/s;
- Na água, cerca de 1.525 m/s;
- Velocidade do som no alumínio, cerca de aproximadamente 4.430 m/s;
- Na borracha, cerca de 1.500 m/s.
Velocidade do som, barreira do som e os aviões supersônicos
Seja em filmes ou documentários, você já deve ter presenciado voos de caças a jato superando a barreira do som. Embora seja mais comum entre eventos públicos e desfiles solenes, basta acessar vários vídeos pela internet para conferir com calma esse impressionante fenômeno.
Ao observar essas cenas, é comum você já ter perguntado sobre o que é voo supersônico e o que é quebrar a barreira do som. Primeiro, esse efeito pode produzir um som tão forte que chega a rachar paredes, quebrar vidros de janelas.
Além do mais, pode levar muitos assustados a pensar que há está acontecendo um terremoto. Sendo assim, confira abaixo qual o conceito que existe por trás desses fenômenos relacionados à velocidade do som.
A propagação ou velocidade do som
Conforme citamos acima, o som audível ao ser humano viaja na forma de onda, usando principalmente o ar para se propagar. Para exemplificar melhor essa propagação, imagine você jogando uma pedrinha na piscina. A partir dessa ação, será produzida uma onda circular resultante do impacto com a água, como ocorre no meio gasoso.
Contudo, se você atirar diversas pedras em intervalos regulares, é possível notar uma série de ondas, que tendem a se propagar numa velocidade constante. De maneira idêntica, é o que ocorre com emissores sonoros, como motores e os aviões. Enfim, é a velocidade como essas onde se propagam que chamamos de velocidade do som.
A barreira de som
No caso de estar numa condição atmosférica padrão, como ao nível do mar, a velocidade do som é de trezentos e quarenta metros por segundo. Ou seja, 1.226 quilômetros horários, uma forma de medida utilizada para altos padrões de cálculos.
A partir desse conceito, é uma convenção moderna determinar que objetos como o avião, ao se moverem à velocidade do som, está voando em velocidade mach 1. Aliás, a denominação desse nome para a unidade é uma homenagem ao físico Ernest Mach, primeiro a medir a velocidade de propagação do som em ambiente gasoso.
Assim, as unidades podem ir em múltiplos até mach 5, ou pouco mais de seiscentos quilômetros horários. Contudo, passando desse valor, diz-se que a velocidade é hipersônica, apenas possível por aeronaves e caças especiais, sejam militares ou civis.
Como quebrar essa barreira
Caso uma aeronave continue acelerando e ultrapasse a barreira do som, ela deixará para trás ondas criadas pela pressão do ar. Entretanto, ela só pode atingir velocidades supersônicas se a sua aceleração for suficiente para passar rapidamente a fase de mach 1, afim de evitar que barreiras sônicas sejam criadas.
Em outras palavras, quando o fluxo de ar supersônico é comprimido, sua densidade e pressão aumentam, criando essas ondas de choque. Afinal, em voos supersônicos acima de mach 1, toda aeronave produz incontáveis ondas, embora as mais intensas tenham nas partes frontal e traseiras.
Enfim, para quem está perto ou distante de uma aeronave, a velocidade do som pode variar bastante. Até porque é preciso levar em conta fatores como as condições de pressão, temperatura e meio. Assim, você vai ser capaz de estipular uma velocidade mais aproximada.
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