As leis básicas da propagação do som incluem as leis de sua reflexão e refração nas fronteiras dos vários meios, bem como a difração do som e sua dispersão na presença de obstáculos e heterogeneidades no meio e nas interfaces entre os meios.

A faixa de propagação sonora é influenciada pelo fator de absorção sonora, ou seja, a transição irreversível da energia das ondas sonoras para outros tipos de energia, em particular calor. Um fator importante é também a direção da radiação e a velocidade de propagação do som, que depende do meio e do seu estado específico.

A partir de uma fonte sonora, as ondas acústicas se propagam em todas as direções. Se uma onda sonora passar por um orifício relativamente pequeno, ela se espalhará em todas as direções e não se propagará em um feixe direcionado. Por exemplo, os sons da rua que penetram em uma sala através de uma janela aberta são ouvidos em todos os pontos, e não apenas em frente à janela.

A natureza da propagação das ondas sonoras perto de um obstáculo depende da relação entre o tamanho do obstáculo e o comprimento de onda. Se o tamanho do obstáculo for pequeno comparado ao comprimento de onda, então a onda flui ao redor desse obstáculo, espalhando-se em todas as direções.

As ondas sonoras, penetrando de um meio para outro, desviam-se de sua direção original, ou seja, são refratadas. O ângulo de refração pode ser maior ou menor que o ângulo de incidência. Depende de qual meio o som penetra. Se a velocidade do som no segundo meio for maior, então o ângulo de refração será maior que o ângulo de incidência e vice-versa.

Ao encontrar um obstáculo em seu caminho, as ondas sonoras são refletidas dele de acordo com uma regra estritamente definida - o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência - o conceito de eco está relacionado a isso. Se o som for refletido em várias superfícies a distâncias diferentes, ocorrerão múltiplos ecos.

O som viaja na forma de uma onda esférica divergente que preenche um volume cada vez maior. À medida que a distância aumenta, as vibrações das partículas do meio enfraquecem e o som se dissipa. Sabe-se que para aumentar o alcance de transmissão o som deve estar concentrado em uma determinada direção. Quando queremos, por exemplo, ser ouvidos, colocamos as mãos na boca ou usamos um megafone.

A difração, ou seja, a curvatura dos raios sonoros, tem grande influência na faixa de propagação do som. Quanto mais heterogêneo for o meio, mais o feixe sonoro será curvado e, consequentemente, menor será o alcance de propagação do som.

Propagação de som

As ondas sonoras podem viajar no ar, gases, líquidos e sólidos. As ondas não surgem em espaços sem ar. Isto é fácil de verificar a partir de uma experiência simples. Se uma campainha elétrica for colocada sob uma tampa hermética da qual o ar foi evacuado, não ouviremos nenhum som. Mas assim que a tampa fica cheia de ar, ocorre um som.

A velocidade de propagação dos movimentos oscilatórios de partícula para partícula depende do meio. Nos tempos antigos, os guerreiros colocavam os ouvidos no chão e, assim, detectavam a cavalaria inimiga muito antes de ela aparecer. E o famoso cientista Leonardo da Vinci escreveu no século XV: “Se você, estando no mar, colocar o buraco de um cano na água e colocar a outra ponta no ouvido, ouvirá muito o barulho dos navios. distante de você.”

A velocidade do som no ar foi medida pela primeira vez no século XVII pela Academia de Ciências de Milão. Um canhão foi instalado em um dos morros e um posto de observação no outro. O tempo foi registrado tanto no momento do disparo (pelo flash) quanto no momento da recepção do som. Com base na distância entre o ponto de observação e o canhão e no tempo de origem do sinal, a velocidade de propagação do som não era mais difícil de calcular. Acabou sendo igual a 330 metros por segundo.

A velocidade do som na água foi medida pela primeira vez em 1827, no Lago Genebra. Os dois barcos estavam separados por 13.847 metros um do outro. No primeiro, um sino foi pendurado no fundo e, no segundo, um simples hidrofone (buzina) foi baixado na água. No primeiro barco, a pólvora foi incendiada ao mesmo tempo que o sino foi tocado; no segundo, o observador acionou o cronômetro no momento do clarão e começou a aguardar a chegada do sinal sonoro do sino. Descobriu-se que o som viaja mais de 4 vezes mais rápido na água do que no ar, ou seja, a uma velocidade de 1450 metros por segundo.

Velocidade do som

Quanto maior a elasticidade do meio, maior a velocidade: na borracha 50, no ar 330, na água 1.450 e no aço - 5.000 metros por segundo. Se nós, que estávamos em Moscou, pudéssemos gritar tão alto que o som chegasse a São Petersburgo, só seríamos ouvidos lá depois de meia hora, e se o som se propagasse pela mesma distância no aço, então seria recebido em dois minutos.

A velocidade de propagação do som é influenciada pelo estado do mesmo meio. Quando dizemos que o som viaja na água a uma velocidade de 1.450 metros por segundo, isso não significa que em qualquer água e sob quaisquer condições. Com o aumento da temperatura e da salinidade da água, bem como com o aumento da profundidade e, portanto, da pressão hidrostática, a velocidade do som aumenta. Ou vamos pegar o aço. Também aqui a velocidade do som depende tanto da temperatura como da composição qualitativa do aço: quanto mais carbono contém, mais duro é e mais rápido o som viaja nele.

Quando encontram um obstáculo no caminho, as ondas sonoras são refletidas dele de acordo com uma regra estritamente definida: o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. As ondas sonoras vindas do ar serão quase completamente refletidas para cima a partir da superfície da água, e as ondas sonoras vindas de uma fonte localizada na água serão refletidas para baixo a partir dela.

As ondas sonoras, penetrando de um meio para outro, desviam-se de sua posição original, ou seja, refratado. O ângulo de refração pode ser maior ou menor que o ângulo de incidência. Depende de qual meio o som penetra. Se a velocidade do som no segundo meio for maior que no primeiro, então o ângulo de refração será maior que o ângulo de incidência e vice-versa.

No ar, as ondas sonoras se propagam na forma de uma onda esférica divergente, que preenche um volume cada vez maior, à medida que as vibrações das partículas causadas pelas fontes sonoras são transmitidas à massa de ar. No entanto, à medida que a distância aumenta, as vibrações das partículas enfraquecem. Sabe-se que para aumentar o alcance de transmissão o som deve estar concentrado em uma determinada direção. Quando queremos ser melhor ouvidos, colocamos as mãos na boca ou usamos um megafone. Nesse caso, o som será menos atenuado e as ondas sonoras viajarão mais longe.

À medida que a espessura da parede aumenta, a localização do som nas frequências médias baixas aumenta, mas a ressonância de coincidência “insidiosa”, que causa o estrangulamento da localização do som, começa a manifestar-se nas frequências mais baixas e cobre uma área mais ampla.

Sabemos que o som viaja pelo ar. É por isso que podemos ouvir. Nenhum som pode existir no vácuo. Mas se o som é transmitido através do ar, devido à interacção das suas partículas, não será também transmitido por outras substâncias? Vai.

Propagação e velocidade do som em diferentes mídias

O som não é transmitido apenas pelo ar. Provavelmente todo mundo sabe que se você encostar o ouvido na parede, poderá ouvir conversas na sala ao lado. Neste caso, o som é transmitido pela parede. Os sons viajam na água e em outras mídias. Além disso, a propagação do som ocorre de forma diferente em ambientes diferentes. A velocidade do som varia dependendo da substância.

É curioso que a velocidade do som na água seja quase quatro vezes maior que no ar. Ou seja, os peixes ouvem “mais rápido” do que nós. Nos metais e no vidro, o som viaja ainda mais rápido. Isso ocorre porque o som é a vibração de um meio e as ondas sonoras viajam mais rápido em meios com melhor condutividade.

A densidade e a condutividade da água são maiores que as do ar, mas menores que as do metal. Conseqüentemente, o som é transmitido de maneira diferente. Ao passar de um meio para outro, a velocidade do som muda.

O comprimento da onda sonora também muda à medida que ela passa de um meio para outro. Apenas sua frequência permanece a mesma. Mas é precisamente por isso que podemos discernir quem exatamente está falando, mesmo através das paredes.

Visto que som é vibração, todas as leis e fórmulas para vibrações e ondas são bem aplicáveis ​​às vibrações sonoras. Ao calcular a velocidade do som no ar, deve-se levar em consideração também que esta velocidade depende da temperatura do ar. À medida que a temperatura aumenta, a velocidade de propagação do som aumenta. Em condições normais, a velocidade do som no ar é de 340.344 m/s.

Ondas sonoras

As ondas sonoras, como é conhecido pela física, propagam-se em meios elásticos. É por isso que os sons são bem transmitidos pela terra. Ao colocar o ouvido no chão, você pode ouvir de longe o som de passos, barulho de cascos e assim por diante.

Quando crianças, todos provavelmente se divertiam colocando os ouvidos nos trilhos. O som das rodas do trem é transmitido ao longo dos trilhos por vários quilômetros. Para criar o efeito de absorção sonora reversa, são utilizados materiais macios e porosos.

Por exemplo, para proteger uma divisão de sons estranhos ou, pelo contrário, para evitar que os sons escapem da divisão para o exterior, a divisão é tratada e insonorizada. As paredes, piso e teto são revestidos com materiais especiais à base de polímeros espumados. Nesse estofamento, todos os sons desaparecem muito rapidamente.

O som viaja através de ondas sonoras. Essas ondas viajam não apenas através de gases e líquidos, mas também através de sólidos. A ação de qualquer onda consiste principalmente na transferência de energia. No caso do som, a transferência assume a forma de movimentos minúsculos no nível molecular.

Em gases e líquidos, uma onda sonora move as moléculas na direção do seu movimento, ou seja, na direção do comprimento de onda. Nos sólidos, as vibrações sonoras das moléculas também podem ocorrer em uma direção perpendicular à onda.

As ondas sonoras viajam de suas fontes em todas as direções, como mostra a imagem à direita, que mostra um sino de metal colidindo periodicamente com sua língua. Essas colisões mecânicas fazem o sino vibrar. A energia das vibrações é transmitida às moléculas do ar circundante e elas são afastadas do sino. Como resultado, a pressão aumenta na camada de ar adjacente ao sino, que então se espalha em ondas em todas as direções a partir da fonte.

A velocidade do som é independente do volume ou tom. Todos os sons de um rádio em uma sala, sejam altos ou baixos, agudos ou graves, chegam ao ouvinte ao mesmo tempo.

A velocidade do som depende do tipo de meio em que ele viaja e de sua temperatura. Nos gases, as ondas sonoras viajam lentamente porque a sua estrutura molecular rarefeita oferece pouca resistência à compressão. Nos líquidos a velocidade do som aumenta e nos sólidos torna-se ainda mais rápida, conforme mostrado no diagrama abaixo em metros por segundo (m/s).

Caminho da onda

As ondas sonoras viajam pelo ar de maneira semelhante à mostrada nos diagramas à direita. As frentes de onda se movem da fonte a uma certa distância umas das outras, determinada pela frequência das vibrações do sino. A frequência de uma onda sonora é determinada contando o número de frentes de onda que passam por um determinado ponto por unidade de tempo.

A frente da onda sonora se afasta do sino vibrante.

No ar uniformemente aquecido, o som viaja a uma velocidade constante.

A segunda frente segue a primeira a uma distância igual ao comprimento de onda.

A intensidade do som é maior perto da fonte.

Representação gráfica de uma onda invisível

Som de profundidade

Um feixe de ondas sonoras do sonar passa facilmente pela água do oceano. O princípio do sonar baseia-se no fato de que as ondas sonoras são refletidas no fundo do oceano; Este dispositivo é geralmente usado para determinar características do terreno subaquático.

Sólidos elásticos

O som viaja em uma placa de madeira. As moléculas da maioria dos sólidos estão ligadas a uma rede espacial elástica, que é pouco comprimida e ao mesmo tempo acelera a passagem das ondas sonoras.

Fatos interessantes: onde o som viaja mais rápido?

Durante uma tempestade, um relâmpago é visível pela primeira vez e só depois de um tempo o estrondo do trovão é ouvido. Esse atraso ocorre porque a velocidade do som no ar é muito menor que a velocidade da luz proveniente de um raio. É interessante lembrar em qual meio o som viaja mais rápido e onde ele não viaja?

Experimentos e cálculos teóricos da velocidade do som no ar têm sido realizados desde o século XVII, mas apenas dois séculos depois o cientista francês Pierre-Simon de Laplace derivou a fórmula final para sua determinação. A velocidade do som depende da temperatura: à medida que a temperatura do ar aumenta, ela aumenta, e à medida que a temperatura do ar diminui, ela diminui. A 0° a velocidade do som é de 331 m/s (1192 km/h), a +20° já é de 343 m/s (1235 km/h).

A velocidade do som nos líquidos é geralmente maior que a velocidade do som no ar. Experimentos para determinar a velocidade foram realizados pela primeira vez no Lago Genebra em 1826. Dois físicos entraram em barcos e percorreram 14 km. Em um barco eles atearam fogo à pólvora e ao mesmo tempo tocaram um sino baixado na água. O som do sino foi captado em outro barco por meio de uma buzina especial, também baixada na água. Com base no intervalo de tempo entre o flash da luz e a chegada do sinal sonoro, foi determinada a velocidade do som na água. A uma temperatura de +8° descobriu-se que era aproximadamente 1440 m/s. As pessoas que trabalham em estruturas subaquáticas confirmam que os sons da costa podem ser claramente ouvidos debaixo d'água, e os pescadores sabem que os peixes nadam para longe ao menor ruído suspeito na costa.

A velocidade do som nos sólidos é maior do que nos líquidos e gases. Por exemplo, se você colocar o ouvido no corrimão, depois de bater na outra extremidade do corrimão a pessoa ouvirá dois sons. Um deles “chegará” ao ouvido por via férrea, o outro por via aérea. A terra tem boa condutividade sonora. Portanto, antigamente, durante um cerco, eram colocados nas muralhas da fortaleza “ouvintes”, que, pelo som transmitido pela terra, podiam determinar se o inimigo estava cavando nas paredes ou não, se a cavalaria estava avançando ou não . Aliás, graças a isso, as pessoas que perderam a audição às vezes conseguem dançar ao som de uma música que chega aos nervos auditivos não pelo ar e pelo ouvido externo, mas pelo chão e pelos ossos.

A velocidade do som é a velocidade de propagação das ondas elásticas em um meio, tanto longitudinais (em gases, líquidos ou sólidos) quanto transversais, de cisalhamento (em sólidos), determinadas pela elasticidade e densidade do meio. A velocidade do som nos sólidos é maior que nos líquidos. Em líquidos, incluindo água, o som viaja mais de 4 vezes mais rápido que no ar. A velocidade do som nos gases depende da temperatura do meio, nos monocristais - da direção de propagação das ondas.