Velocidade do som
Velocidade do som é a velocidade de propagação de uma onda sonora. A onda sonora é uma onda mecânica longitudinal que necessita de um meio para se propagar, a passagem de qualquer onda sonora produz uma pequena variação de pressão no meio em que se propaga produzindo um deslocamento no fluido, deslocamento tal que muda a densidade do fluido. Essa cadeia de eventos é cíclica, dependendo de uma perturbação no meio para iniciar, por exemplo: Um raio ou a vibração das cordas vocais.
Som |
---|
Onda |
Amplitude |
Fase |
Frente de onda |
Frequência fundamental |
Harmônica |
Frequência |
Hertz |
Altura tonal |
Oitava |
Velocidade do som |
Efeito Doppler |
Para clarificar a ideia pode-se fazer a analogia com uma mola que possui dois movimentos: um de compressão e distensão em torno do seu eixo de referência e outro movimento no espaço. A velocidade do som em um fluido depende da pressão e da densidade do fluido no meio.[carece de fontes]
Em instrumentação pode-se utilizar este princípio para medir com boa exatidão distâncias entre obstáculos, assim: conhecendo-se a velocidade de propagação de um sinal (normalmente ultra-som no ar) é possível medir o tempo que ele gastou a percorrer um determinado espaço. Com este valor é simples calcular a distância percorrida. Utilizam-se sensores especiais que emitem o sinal em forma de pulso (ultra-som) e os recebe de volta (eco). Um sistema microprocessado pode calcular o tempo gasto (normalmente milissegundos).[carece de fontes]
EquaçãoEditar
Usando as relações entre densidade-pressão e deslocamento-densidade podemos obter uma equação de propagação das ondas.
O deslocamento produz uma variação de densidade .
- , onde é a densidade inicial.
Esta produz uma variação de pressão .
Obedecendo a equação de movimento obtem-se:
Prosseguindo tem-se a equação de ondas:
Com a velocidade de propagação dada por:
Consequências da variação de altitudeEditar
Na atmosfera o fator que afeta a velocidade do som é a temperatura. Quando a temperatura diminui com o aumento de altitude o som é refratado para cima criando uma sombra acústica. A diminuição da velocidade do som é o gradiente negativo da velocidade do som. Na estratosfera a velocidade do som aumenta devido ao aumento da temperatura no interior da camada de ozônio, criando um gradiente positivo.[2]
Velocidade do som no arEditar
A variação da velocidade do som c em função da temperatura do ar, é calculada segundo a fórmula: , onde 331,45 é a velocidade do som (m/s) com a temperatura do ar a 0 graus Celsius (273,15 kelvin), é a temperatura do ar (considerando-se o ar seco) e 273,15 é a temperatura kelvin (equivalente a 0 °C).[3]
Abaixo, a tabela de correspondência entre a temperatura do ar , velocidade do som c e C, massa específica do ar ρ e impedância acústica Z.
Influência da temperatura do ar na velocidade do som | ||||
em °C (K) | c em m/s | C em km/h | ρ em kg/m³ | Z em N·s/m³ |
-30 °C (243,15 K) | 312,7 | 1.171,4 | 1,438 | 453,4 |
-25 °C (248,15 K) | 315,9 | 1.171,4 | 1,413 | 449,1 |
-20 °C (253,15 K) | 319,1 | 1.171,4 | 1,388 | 444,8 |
-15 °C (258,15 K) | 322,2 | 1.171,4 | 1,363 | 440,6 |
-10 °C (263,15 K) | 325,3 | 1.171,4 | 1,339 | 436,5 |
-5 °C (268,15 K) | 328,4 | 1.182,6 | 1,316 | 432,4 |
0 °C (273,15 K) | 331,5 | 1.193,4 | 1,293 | 428,3 |
5 °C (278,15 K) | 334,5 | 1,204,2 | 1,269 | 424,5 |
10 °C (283,15 K) | 337,5 | 1.215,0 | 1,247 | 420,7 |
15 °C (288,15 K) | 340,5 | 1.226,0 | 1,225 | 417,0 |
20 °C (293,15 K) | 343,4 | 1.237,0 | 1,204 | 413,5 |
25 °C (298,15 K) | 346,3 | 1.246,7 | 1,184 | 410,0 |
30 °C (303,15 K) | 349,2 | 1.257,12 | 1,164 | 406,6 |
Velocidade de propagação em diferentes materiaisEditar
- Borracha: 60 m/s
- Chumbo: 1210 m/s
- Ouro: 3240 m/s
- Vidro: 4540 m/s
- Cobre: 4600 m/s
- Alumínio:6320 m/s[4]
Número MachEditar
O número mach é uma unidade relativa que expressa a razão entre a velocidade de um objeto e a velocidade do som. Sendo assim um avião que se move com mach 2 está com velocidade igual a duas vezes a velocidade do som.[5]
Ver tambémEditar
Referências
- ↑ Nussenzveig, Hersh Mayses (2002). Física Básica 2. Fluidos oscilações e ondas Calor 4 ed. São Paulo: Edgar Blucher. ISBN 85-212-0299-7
- ↑ Everest, F. (2001). The Master Handbook of Acoustics. New York: McGraw-Hill. pp. 262–263. ISBN 0-07-136097-2
- ↑ B. Freitas, Marco Antonio (julho de 2005). Medindo a velocidade do som com o microfone do PC (PDF) (Experimento). Rio de Janeiro: Instituto de Física da UFRJ. Consultado em 27 de fevereiro de 2016. Cópia arquivada (PDF) em 27 de fevereiro de 2016
- ↑ «THE SPEED OF SOUND IN OTHER MATERIALS». NDT Resource Center. Consultado em 16 de Abril de 2013
- ↑ BAKER, JOANNE (2011). 50 Ideias de Física Que Precisa mesmo de Saber. [S.l.]: Leya Texto "972204866X, 9789722048668" ignorado (ajuda)