Velocidade do som é a rapidez em que uma onda sonora é capaz de se propagar através do espaço. Ela depende do meio em que essa onda se propaga, mas também de outros fatores a ele relacionados, tais como temperatura e pressão.
As ondas sonoras podem sofrer refração ao atravessar meios de elasticidades diferentes, sofrendo, assim, mudanças de velocidade. Nos meios sólidos, por exemplo, o som se propaga muito mais rapidamente que em meios gasosos ou líquidos.
Veja também: Intensidade, timbre e altura – as qualidades que diferenciam os sons
Como se calcula a velocidade do som?
A velocidade do som pode ser calculada a partir de seu comprimento de onda e frequência, como acontece para qualquer tipo de onda, independentemente de sua classificação.
A fórmula utilizada para calcular a velocidade de propagação da onda sonora é a seguinte:
v – velocidade de propagação (m/s)
λ – comprimento de onda (m)
f – frequência (Hz)
Entretanto, a velocidade do som pode ser determinada a partir de outros fatores, como a temperatura do ar. Para tanto, é possível fazer um cálculo no qual essa velocidade é calculada a partir da seguinte fórmula:
Para utilizar essa fórmula, que relaciona a velocidade de propagação do som com a temperatura do ar, é necessário que se faça a divisão entre as temperaturas ambiente e a temperatura de 0 ºC, ambas medidas em kelvin. Em seguida, é necessário que se extraia a raiz quadrada do resultado obtido e que o multiplique pelo fator 331,45. Fazendo isso, é possível estimar com boa precisão a velocidade do som ao nível do mar, para diferentes temperaturas.
Vamos fazer um exemplo em que se deseja estimar a velocidade de propagação do som ao nível do mar na temperatura de 25 ºC (aproximadamente 298,15 K). Observe:
A tabela a seguir relaciona a velocidade de propagação do som com algumas temperaturas do ar, todas medidas ao nível do mar. Observe:
| Temperatura (ºC) | Velocidade do som (m/s) |
| -10 | 330 |
| 0 | 332 |
| 10 | 337 |
| 20 | 343 |
| 30 | 350 |
| 100 | 390 |
A velocidade de propagação do som também varia de acordo com a altura em que o som se propaga em relação ao nível do mar. Nessa altura e na temperatura de 25 ºC, as ondas sonoras propagam-se com velocidade de aproximadamente 337 m/s ou 1216 km/h. Entretanto, quando aumentamos nossa altitude em relação a esse nível, a densidade do ar diminui, fazendo com que o som se propague com velocidades relativamente menores.
Veja também: Efeito Doppler – o fenômeno que explica a mudança de frequência do som quando estamos em movimento
Características do som
As características do som são as qualidades que nos permitem identificar diferentes sons. O som apresenta três características: intensidade, altura e timbre.
- Intensidade sonora: diz respeito ao “volume” do som.
- Altura: está ligada à frequência do som.
- Timbre: relaciona-se ao formato das ondas sonoras, bem como à maneira como vibra a fonte das ondas sonoras.
Quer saber mais sobre o assunto? Acesse nosso texto sobre as características do som.
Velocidade do som em diferentes meios
Como dissemos, a velocidade do som varia muito de acordo com o meio em que ele se propaga. Ao passar de um meio para outro, o som mantém sua frequência inalterada, entretanto seu comprimento de onda muda, bem como sua velocidade de propagação. Confira uma tabela que relaciona a velocidade do som em diferentes meios físicos.
| Meio | Velocidade do som (m/s) |
| Alumínio | 6420 |
| Ferro | 5960 |
| Água pura | 1498 |
| Água do mar | 1531 |
| Oxigênio | 316 |
Analisando a tabela anterior, é possível perceber a dependência direta entre a velocidade do som a e a densidade do meio em que o som se propaga. Observe a diferença entre as velocidades de propagação do som na água pura e na água do mar, que conta com uma grande quantidade de sais diluídos nela, sendo, portanto, mais densa que a água destilada.
A densidade do meio em que o som viaja afeta diretamente sua velocidade de propagação. Isso ocorre por conta da proximidade entre as moléculas vizinhas, o que é mais comum em meios físicos mais densos, como nos sólidos em geral. Nesses meios, as vibrações produzidas pelas ondas sonoras são transmitidas mais rapidamente.
Outro fator determinante para a velocidade do som é a elasticidade do meio. Essa característica diz respeito à capacidade de se transmitir a vibração por meio das colisões entre moléculas sem que aconteçam perdas significativas de energia.
Leia também: 5 coisas que você precisa saber sobre as ondas sonoras
Barreira do som
Barreira do som é o termo usado em referência à onda de choque produzida por algum móvel que passa a se mover mais rápido que seu próprio som. No momento em que um corpo atinge a velocidade do som, as ondas sonoras por ele produzidas se deslocam junto com o corpo, por isso uma grande zona de pressão é formada na frente do móvel.
A barreira do som é visível, uma vez que as gotículas de água que estão espalhadas no ar condensam-se, devido à grande pressão ao seu redor. Além disso, a barreira do som pode oferecer uma grande resistência para o móvel, por isso, caso ele não a ultrapasse rapidamente, não conseguirá atingir velocidades supersônicas.
Por Rafael Helerbrock
Professor de Física
Na Lei Municipal da cidade de Ribeirão preto, que dispõe sobre medidas de proteção do sossego público contra ruídos urbanos (18/05/1967), o artigo 7° retrata:
“ARTIGO 7º - O nível máximo de som ou ruído permitido a alto-falante, rádios, orquestras, instrumentos isolados, aparelhos ou utensílios de qualquer natureza, usados para qualquer fim em estabelecimentos comerciais ou de diversões públicas, como: parques de diversões, bares, cafés, restaurantes, cantinas, recreios, "bits", cassinos, "dancing" ou cabarés, é de 55 dB (cinquenta e cinco decibéis), no período diurno, horário normal das 7 (sete) às 19 (dezenove) horas, medidos na curva "B", e de 45 db (quarenta e cinco decibéis), no período noturno das 19 (dezenove) às 7 (sete) horas do dia seguinte, medidos na curva "A" do "Medidor de Intensidade do Som", à distância de cinco metros de qualquer ponto da divisa do imóvel onde se localizem.”
Disponível em: <//www.ribeiraopreto.sp.gov.br/J321/pesquisa.xhtml?lei=26906>. Acesso em: 17 jan. 2017.
Verifica-se que no artigo são especificados os valores de nível sonoro utilizado em vias públicas e residenciais durante o dia e durante a noite. Determine a intensidade sonora desses dois valores, respectivamente: (Dado: I0 = 10-12 W/m2)
A) 10-7 e 10-12 W/m2
B) 10-6 e 10-10 W/m2
C) 10-55 e 10-45 W/m2
D) 10-7,5 e 10-8 W/m2
E) 10-6,5 e 10-7,5 W/m2
"Tem dúvidas! Entre em uma conta."
O Efeito Doppler é um dos principais fenômenos ondulatórios, mas é só uma impressão. Ele não é um fenômeno físico concreto, pois as propriedades da onda não mudam. Acontece quando a velocidade (do ouvinte ou do emissor) faz a onda chegar em menos tempo, dando a impressão de mudança no período e na frequência. Leia o resumo e resolva os exercícios sobre Efeito Doppler!
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O que é Efeito Doppler?
O Efeito Doppler é um dos principais fenômenos ondulatórios (mudanças de comportamento que uma onda pode ter quando se depara com algum tipo de obstáculo).
Como o próprio nome diz, ele é apenas um efeito, uma impressão. Não é um fenômeno físico concreto, afinal, as propriedades da onda não mudam. É só a nossa percepção que entende algo diferente.
Quando corremos em direção à uma fonte emissora de ondas, alcançamos as frentes de onda em um tempo mais curto do que se estivéssemos parados. Surge a impressão de que o período diminuiu, ou seja, sua frequência aumentou e ficou “mais agudo”.
O contrário também acontece: quando nos afastamos de uma fonte de onda, alcançamos as frentes de onda em um tempo maior do que se estivéssemos parados. Surge a impressão de que o período aumentou, ou seja, a frequência diminuiu e ficou “mais grave”.
Exemplo do Efeito Doppler
Para explicar esse efeito, vamos dar um exemplo clássico: as ambulâncias:
Você está na rua parado na calçada tomando um sorvete. Começa a escutar um barulho de ambulância lá longe, mas não é um som em alto volume e nem agudo demais.
Você continua parado, mas o sinal abre e a ambulância vem correndo na sua direção. Então, o som começa a te irritar, porque o som tem um volume maior e também é mais agudo.
Ser agudo ou grave é uma característica que depende da frequência, que varia conforme a fonte emissora. Portanto, é de se esperar que o volume mude, mas a frequência deveria permanecer a mesma já que a fonte continua sendo a mesma.
Assim, essa sensação de agudeza é apenas um efeito aparente, o Efeito Doppler.
Como é a Fórmula do Efeito Doppler?
A fórmula para resolvermos exercícios de Efeito Doppler quando falamos do ponto de vista do observador é:
Em que:
- Fa = Frequência aparente (percepção do observador).
- F = Frequência real da fonte.
- V = Velocidade do som.
- V0 = Velocidade do observador.
- Vf = Velocidade da fonte.
Mas tome muito cuidado!
Não caia nas pegadinhas do jogo de sinais… Eles podem ser positivos ou negativos, aparecer no denominador ou numerador.
Saiba que usamos o sinal negativo quando os sentidos forem inversos. Já o positivo é para quando a trajetória seguir uma mesma direção tanto para o observador quanto para a fonte sonora.
Esperamos que, com esse resumo, tudo tenha ficado mais claro para você.
Obrigado por ter lido até aqui!
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Questão 1-
Um trem parte de uma estação com o seu apito ligado, que emite um som com frequência de 940 Hz. Enquanto ele afasta-se, uma pessoa parada percebe esse som com uma frequência de 900 Hz. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, calcule a velocidade do trem ao passar pela estação.
Questão 2- (EFEI-MG)
Uma pessoa parada na beira de uma estrada vê um automóvel aproximar-se com velocidade 0,1 da velocidade do som no ar. O automóvel está buzinando, e a sua buzina, por especificação do fabricante, emite um som puro de 990 Hz.
O som ouvido pelo observador terá uma frequência de:
a) 900 Hz.
b) 1 100 Hz.
c) 1 000 Hz.
d) 99 Hz.
e) Não é possível calcular por não ter sido dada a velocidade do som no ar.
- Você já fez 20% dos exercícios sobre Efeito Doppler. Continue assim!
Questão 3-
Uma pessoa está sentada em uma praça quando se aproxima um carro de polícia com velocidade de 80 km/h. A sirene do carro está ligada e emite um som de frequência de 800 Hz. Sabendo que a velocidade do som no ar é 340 m/s, calcule:
a) a frequência aparente percebida pelo observador.
b) o comprimento de onda percebido pelo observador.
Questão 4- (PUCCAMP-SP)
Um professor lê o seu jornal sentado no banco de uma praça e, atento às ondas sonoras, analisa três eventos:
I – O alarme de um carro dispara quando o proprietário abre a tampa do porta-malas.
II – Uma ambulância se aproxima da praça com a sirene ligada.
III – Um mau motorista, impaciente, após passar pela praça, afasta-se com a buzina permanentemente ligada.
O professor percebe o efeito Doppler apenas:
a) no evento I, com frequência sonora invariável.
b) nos eventos I e II, com diminuição da frequência.
c) nos eventos I e III, com aumento da frequência.
d) nos eventos II e III, com diminuição da frequência em II e aumento em III.
e) nos eventos II e III, com aumento da frequência em II e diminuição em III.
Questão 5- (FGV)
Um carro trafega a 20 m/s em uma estrada reta. O carro se aproxima de uma pessoa, parada no acostamento, querendo atravessar a estrada. O motorista do carro, para alertá-la, toca a buzina, cujo som, por ele ouvido, tem 640 Hz. A frequência do som da buzina percebida pela pessoa parada é, aproximadamente,
Considere: a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e não há vento.
a) 760 Hz.
b) 720 Hz.
c) 640 Hz.
d) 600 Hz.
e) 680 Hz.
- Muito bem! Você chegou à metade dos exercícios de Efeito Doppler. Continue fazendo o restante.
Questão 6- (UEA – AM)
Um observador ouve o apito de um trem se aproximando e depois se afastando, conforme figuras 1 e 2.
Sabendo que o apito do trem soa com frequência natural contínua, a frequência do apito ouvida pelo observador
a) aumenta na aproximação e permanece constante no afastamento do trem.
b) aumenta tanto na aproximação quanto no afastamento do trem.
c) é constante tanto na aproximação quanto no afastamento do trem.
d) aumenta na aproximação e diminui no afastamento do trem.
e) diminui na aproximação e aumenta no afastamento do trem.
Questão 7-
A comprovação experimental do efeito Doppler ocorreu em 1845, com o cientista Buys Ballot (1817 – 1890). Ballot verificou a alteração na percepção da frequência do som emitido por trompetistas que estavam em um vagão de trem. Marque a alternativa correta a respeito desse experimento.
a) Na aproximação, Ballot verificou sons mais graves.
b) No afastamento, Ballot verificou sons mais altos.
c) A alteração nas frequências produzida pelo efeito Doppler também foi observada pelos trompetistas.
d) Na aproximação, o som percebido é mais alto.
e) No afastamento, a frequência será maior que a frequência real emitida pelos trompetistas.
Questão 8- (ITA)
Considere a velocidade máxima permitida nas estradas como sendo exatamente 80 km/h. A sirene de um posto rodoviário soa com uma frequência de 700 Hz, enquanto um veículo de passeio e um policial rodoviário se aproximam emparelhados. O policial dispõe de um medidor de frequências sonoras.
Dada a velocidade do som, de 350 m/s, ele deverá multar o motorista do carro quando seu aparelho medir uma frequência sonora de, no mínimo:
a) 656 Hz.
b) 745 Hz.
c) 655 Hz.
d) 740 Hz.
e) 860 Hz.
- Ufa! Agora só faltam mais dois exercícios sobre Efeito Doppler!
Questão 9- (UDESC 2009)
Em 1997, durante o exercício militar Mistral I, os aviões Mirage III-E da Força Aérea Brasileira conseguiram ótimos resultados contra os aviões Mirage 2000-C franceses, usando a manobra Doppler-notch . Esta manobra é utilizada para impedir a detecção de aviões por radares que usam o efeito Doppler (radares Pulso-Doppler). Ela consiste em mover o avião alvo a 90 do feixe eletromagnético emitido por este tipo de radar, conforme ilustrado no esquema abaixo.
Quando o avião B se move a 90º do feixe eletromagnético, o radar Pulso-Doppler do avião A não consegue determinar a diferença de freqüência entre o feixe emitido e o feixe refletido porque:
a) há movimento do avião B na direção do feixe.
b) não há movimento do avião B na direção do feixe.
c) a velocidade do avião B aumenta bruscamente.
d) a velocidade do avião B diminui bruscamente.
e) não há feixe refletido no avião B.
Questão 10- (Fuvest)
Uma onda sonora considerada plana, proveniente de uma sirene em repouso, propaga-se no ar parado, na direção horizontal, com velocidade V igual a 330 m/s e comprimento de onda igual a 16,5 cm.
Na região em que a onda está se propagando, um atleta corre, em uma pista horizontal, com velocidade U igual a 6,60 m/s, formando um ângulo de 60° com a direção de propagação da onda. O som que o atleta ouve tem frequência aproximada de:
a) 1960 Hz.
b) 1980 Hz.
c) 2000 Hz.
d) 2020 Hz.
e) 2040 Hz.
- Parabéns, você fez todos os exercícios sobre Efeito Doppler. Confira agora o Gabarito:
Gabarito dos exercícios de Efeito Doppler
Exercício resolvido da questão 1 –
Resposta: 15,1 m/s.
Exercício resolvido da questão 2 –
Alternativa correta: b) 1 100 Hz.
Exercício resolvido da questão 3 –
Exercício resolvido da questão 4 –
Alternativa correta: e) nos eventos II e III, com aumento da frequência em II e diminuição em III.
Exercício resolvido da questão 5 –
Alternativa correta: e) 680 Hz.
Exercício resolvido da questão 6 –
Alternativa correta: d) aumenta na aproximação e diminui no afastamento do trem.
Exercício resolvido da questão 7 –
Alternativa correta: d) Na aproximação, o som percebido é mais alto.
Exercício resolvido da questão 8 –
Alternativa correta: b) 745 Hz.
Exercício resolvido da questão 9 –
Alternativa correta: b) não há movimento do avião B na direção do feixe.
Exercício resolvido da questão 10 –
Alternativa correta: b) 1980 Hz.
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