A Velocidade do Som
Na ilha vulcânica de Eldoria, ecos estranhos dançam no ar. Os jardins de flores de fogo desabrocham, mas algo mais está em jogo. O som de um trovão distante viaja muito mais rápido do que deveria! Fato: A velocidade do som não é constante; ela muda com base na temperatura e no meio pelo qual está viajando.
Diya, visitando Eldoria com sua família, nota a estranheza. "O trovão soou quase instantâneo, pai", ela diz, olhando para cima. Seu pai, um homem pensativo com óculos, uma barba curta e bem aparada, e têmporas grisalhas, assente. "Isso mesmo, Diya, relâmpago e trovão acontecem ao mesmo tempo, é o som que chega depois." "Isso é estranho, não é?", Diya perguntou. Seu pai respondeu: "Sim, é. O som leva um tempinho para viajar, então o trovão sempre vem depois do relâmpago. É que aqui, o atraso é muito menor do que o normal. Mas por quê?" Fato: O som viaja a aproximadamente trezentos e quarenta e três metros por segundo no ar seco a vinte graus Celsius. Isso é muito mais lento que a luz, que viaja a duzentos e noventa e nove milhões, setecentos e noventa e dois mil, quatrocentos e cinquenta e oito metros por segundo!
Mais tarde, Diya e sua mãe sentam-se em um banco com vista para os campos de flores-de-fogo. Diya, com o caderno na mão, reflete em voz alta. "Mãe, o ar aqui é tão quente, será que isso tem algo a ver com isso?" Sua mãe, uma mulher simpática com cabelos escuros ondulados na altura dos ombros e olhos castanhos quentes, sorri. "Essa é uma pergunta fantástica, Diya!" "Mãe, lembra o que Aristóteles disse? 'Quanto mais você sabe, mais você percebe que não sabe.' Talvez o ar quente da ilha tenha algo a ver com o motivo pelo qual o som está indo mais rápido. O calor afeta o som?" Fato: Curiosidade: O som viaja mais rápido no ar mais quente porque as moléculas são mais energéticas e colidem com mais frequência.
Diya imagina o ar de perto. O calor do vulcão agita as moléculas de ar. Quando o som viaja, ela pensa, é como pequenos dominós empurrando uns aos outros. O ar mais quente faz com que os "dominós" fiquem mais próximos e o "empurrão" vá mais rápido! Fato: Em ar mais quente, o som viaja cerca de zero vírgula seis metros por segundo mais rápido para cada grau Celsius de aumento na temperatura.
Diya rabisca em seu caderno. Ela se lembra de ter aprendido que o som viaja mais rápido através de materiais mais densos. "Talvez os gases vulcânicos também tornem o ar mais denso?", ela se pergunta, desenhando um diagrama. Fato: O som viaja mais rápido através de meios mais densos, como sólidos e líquidos. Por exemplo, o som viaja aproximadamente quatro vezes mais rápido na água do que no ar!
Ela se lembra do efeito Doppler. Conforme um caminhão de bombeiros passa em alta velocidade, sua sirene parece mudar de tom. Se a fonte está se movendo em sua direção, as ondas sonoras se comprimem, aumentando a frequência! "Será que isso pode ter um papel?" Fato: O efeito Doppler, descoberto por Christian Doppler em mil oitocentos e quarenta e dois, afeta tanto as ondas sonoras quanto as luminosas.
"O som também viaja mais rápido debaixo d'água", o pai de Diya menciona no jantar naquela noite. "É por isso que os submarinos usam sonar para navegar." Ele explica que o sonar funciona enviando ondas sonoras e medindo quanto tempo elas levam para retornar. É como um eco, mas muito mais preciso. "Você sabia que a velocidade do som é essencial para a ecolocalização usada por morcegos e golfinhos? Esses animais usam o som para 'ver' em seu ambiente", diz o pai dela. Fato: O sonar (Sound Navigation and Ranging) foi extensivamente desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial para detectar submarinos.
Diya imagina um avião a jato cortando o céu. O que acontece quando um avião voa mais rápido que a velocidade do som? Ele cria um estrondo sônico! O avião, na verdade, alcança as ondas sonoras que ele mesmo cria, comprimindo-as em uma onda de choque. "Agora isso é um desafio!", Diya exclama, "Como um avião consegue ir mais rápido que o som?" Fato: A primeira pessoa a quebrar a barreira do som foi Chuck Yeager em mil novecentos e quarenta e sete, pilotando o Bell X-1 a Mach um ponto zero seis.
Diya pensa no vulcão novamente. Será que a própria erupção poderia criar uma espécie de estrondo sônico? Ou talvez o formato da ilha foque o som de alguma forma? É um quebra-cabeça que vale a pena resolver! "Uau", Diya disse, "a ilha é como um amplificador gigante." Ela começou a escrever furiosamente em seu caderno. Fato: Erupções vulcânicas podem gerar infrassom – sons com frequências abaixo do alcance da audição humana – que viajam grandes distâncias.
Entender a velocidade do som nos ajuda a explorar o mundo. Da medicina à música, da comunicação à ciência climática, ouvir ecos nos fala sobre o universo ao nosso redor! As respostas estão esperando, tudo o que temos a fazer é ouvir. Fato: Ultrassom médico, instrumentos musicais e monitoramento sísmico dependem da compreensão das propriedades das ondas sonoras.