O que é som?

O som (ou onda sonora) é uma onda mecânica, pois obedece às leis da mecânica newtoniana e se apresenta como uma vibração que necessita de um meio material para se propagar, que pode ser sólido, líquido ou gasoso. É uma onda longitudinal, pois a sua direção de propagação é paralela à vibração que a gerou. Além disso, o som é uma onda tridimensional, pois se propaga nas três dimensões espaciais, ou seja, em todas as direções.

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Resumo sobre o som

• O som é uma onda mecânica (precisa de um meio material para se propagar), longitudinal (direção de propagação é paralela à perturbação que a gerou) e tridimensional (se propaga em todas as direções).
• A intensidade do som é a razão entre a potência dissipada pela fonte sonora e a área da região atingida por ela.
• A frequência do som representa o número de ciclos por unidade de tempo da onda sonora, o que nos permite diferenciar um som grave de um som agudo.
• O timbre é a característica de um som que nos permite distinguir entre sons de mesma intensidade e de mesma frequência, mas emitidos por fontes diferentes.
• São tipos de sons: o infrassom (ondas sonoras com frequência abaixo de 20 Hz), som audível (ondas sonoras com frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz) e ultrassom (ondas sonoras com frequência acima de 20.000 Hz).
• O som é produzido pela vibração de um corpo material.
• O som se propaga no ar, provocando variações de pressão no ar.
• A velocidade do som no ar é 343 m/s.
• Fórmula da velocidade do som: \(v = \sqrt{\frac{B}{d}} \).

Características do som

Há várias grandezas físicas que caracterizam um som. Entre elas, as três mais marcantes são:

• Intensidade: a intensidade sonora I é a grandeza física que determina a quantidade de energia que flui de uma fonte e atravessa determinada área. É definida como a razão entre a potência P dissipada pela fonte sonora e a área A da região atingida por ela:

\(I = \frac{P}{A} \)

De acordo com o SI (Sistema Internacional de Unidades), a intensidade sonora deve ser medida em watt por metro quadrado W/m². A potência mínima percebida pelo ser humano é da ordem de 10^-12 W/m².

• Frequência: a frequência (ou altura) é a grandeza física que representa o número de ciclos por unidade de tempo de uma onda. É a frequência do som que nos permite diferenciar um som grave e um som agudo. Som grave é o som de baixa frequência; som agudo é o de alta frequência. A voz do homem, em média, é mais grave que a da mulher; ou seja, a voz da mulher, em média, é mais aguda do que a do homem.

• Timbre: o timbre de um som é o que nos permite distinguir entre sons de mesma intensidade e de mesma frequência emitidos por fontes diferentes. Por exemplo, distinguimos se uma mesma nota musical é produzida por um piano ou por uma flauta porque o timbre do som de um instrumento difere do timbre do outro, pois ambos produzem em nosso aparelho auditivo sensações diferentes.

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Tipos de som

Os parâmetros médios adotados para as categorias de sons podem ser separados de acordo com a frequência da onda sonora, medida em Hertz (Hz), a unidade de medida referente a ciclos por segundo.

• Infrassom: são as ondas sonoras com frequência abaixo de 20 Hz. Essa frequência não pode ser ouvida pelo ser humano, no entanto, existem alguns animais que emitem e ouvem sons nessas frequências, como o elefante e o cachorro. Os terremotos podem gerar esse tipo de som.
• Som audível: são as ondas sonoras que o ser humano é capaz de ouvir, com frequência mínima de 20 Hz e frequência máxima de 20.000 Hz.
• Ultrassom: são as ondas sonoras com frequência acima de 20.000 Hz. Essa frequência também não pode ser ouvida pelo ser humano, mas os morcegos emitem-na e detectam-na para se locomoverem e caçarem.

Como o som é produzido?

Os fenômenos sonoros estão relacionados com as vibrações dos corpos materiais. Sempre que escutamos um som, há um corpo material que vibra, produzindo esse som.

Por exemplo: quando uma pessoa fala, o som que ela emite é produzido pelas vibrações de suas cordas vocais; quando batemos em um tambor, em um pedaço de madeira ou de metal, esses corpos vibram e emitem som; as cordas de um piano ou de um violão também emitem som quando estão em vibração etc.

Todos esses corpos são fontes sonoras que, ao vibrarem, produzem ondas que se propagam no meio material (sólido, líquido ou gasoso) situado entre elas e o nosso ouvido. Ao penetrarem no ouvido, essas ondas provocam vibrações que nos causam as sensações sonoras.

Como o som se propaga?

Um material colocado em vibração provoca variações de pressão no ar, mais especificamente compressões e rarefações sucessivas que se propagam, de maneira semelhante ao que acontece em uma mola quando vibra longitudinalmente.

Quando uma molécula do ar é atingida por essa onda de compressões e rarefações, ela vibra na mesma direção em que a onda se propaga; logo, a onda emitida pelo material em vibração é uma onda longitudinal.

Velocidade do som

A velocidade do som depende das características do meio pelo qual ele se propaga, como densidade, temperatura e pressão. No ar, numa temperatura padrão de 20 °C  e pressão atmosférica de 1 atm , a velocidade do som é de 343 m/s . Uma forma simples de se calcular a velocidade do som em determinado meio é por meio da seguinte fórmula:

\(v = \sqrt{\frac{B}{d}} \)

B  é o módulo de elasticidade volumar, grandeza que indica capacidade do material de permitir a passagem das ondas sonoras, e d  é a densidade do meio. A tabela a seguir mostra alguns valores da velocidade do som para diferentes meios e de diferentes estados físicos a 1 atm  de pressão:

Meio de propagação	Velocidade (m/s)
Gases
Ar (0 °C)	331
Ar (20 °C)	343
Hélio	965
Hidrogênio	1284
Líquidos
Água (0 °C)	1402
Água (20 °C)	1482
Água salgada (20 °C e com 3,5% de salinidade)	1522
Sólidos
Aço	5941
Granito	6000
Alumínio	6420

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012. Página: 152.

Note que a velocidade do som é maior em meios líquidos do que em gases. Por sua vez, a velocidade do som é muito maior em sólidos do que em líquidos e gases. Assim, a velocidade das ondas mecânicas está relacionada com a ligação ou proximidade das partículas que compõem o material.

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Curiosidades do som

• Trovão: Você já deve ter percebido que, em uma tempestade, embora um relâmpago e um trovão sejam produzidos no mesmo instante, só ouvimos o trovão certo tempo após termos visto o relâmpago. Como a velocidade da luz é muito alta, o relâmpago é visto praticamente no mesmo instante em que ele é produzido. Logo, o intervalo entre a percepção do relâmpago e a do trovão representa o tempo gasto pela onda sonora para chegar até nós.

• Avião supersônico: Existem aviões que são capazes de ultrapassar a velocidade do som no meio que viajam. Quando isso acontece, eles geram uma onda de choque, causando uma mudança abrupta da pressão do ar, produzindo um estrondo sônico. As ondas de choque são visíveis porque a redução brusca da pressão do ar faz com que as moléculas de vapor d'água se condensem, formando uma nuvem.

• Ouvido no trilho do trem: Você já deve ter visto em filmes quando uma pessoa aproxima o ouvido no trilho do trem para saber se tem algum trem se aproximando. Isso faz sentido, visto que o som se propaga melhor e mais rápido em sólidos (no caso, o ferro do trilho), do que em gases, como o ar.

Por outro lado, essa é a mesma característica responsável por conseguirmos escutar com tanta facilidade o som produzido por um móvel arrastado pelo vizinho durante a madrugada, pois o som se propaga melhor e mais rápido nas paredes e no chão.

Créditos da imagem

^[1] Wikimedia Commons

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.