(a) Como você explicaria para alguém que o som se propaga mais rapidamente em sólidos do que no ar?
(b) Faz sentido afirmar que parâmetros como temperatura e umidade relativa do ar influenciam na velocidade de propagação do som? Explique.
(c) Como você explicaria o que é timbre? A estrutura do objeto que produz o som tem alguma influência no timbre?
(b) Faz sentido afirmar que parâmetros como temperatura e umidade relativa do ar influenciam na velocidade de propagação do som? Explique.
(c) Como você explicaria o que é timbre? A estrutura do objeto que produz o som tem alguma influência no timbre?
Passo 1
O enunciado é sobre acústica e pede: (a) explicar por que o som se propaga mais rápido em sólidos do que em ar, (b) discutir se temperatura e umidade influenciam essa velocidade no ar, e (c) explicar o que é timbre e se a estrutura do objeto sonoro afeta o timbre. Vamos usar conceitos de velocidade de onda em meios elásticos, dependência de parâmetros termodinâmicos e análise de espectro harmônico.
Passo 2
Para (a), lembramos que a velocidade de uma onda longitudinal num meio elástico depende da rigidez (módulo elástico) e da densidade do meio. Em termos gerais,
onde
é o módulo de Young (rigidez) e
é a densidade. Nos sólidos
é muito maior do que no ar, ainda que
também seja maior, o que faz o quociente
ser bem maior. Assim, as partículas num sólido “reagem” mais fortemente às compressões e rarefações, acelerando a propagação do som.
Passo 3
Para (b), no ar a velocidade do som também pode ser escrita como
onde
é a razão de calor específico,
a constante dos gases,
a temperatura absoluta e
a massa molar do ar. Aumentando
, cresce
. A umidade altera a composição do ar, diminuindo
(vapor d’água é mais leve do que o ar seco), o que aumenta ligeiramente
. Logo, faz total sentido afirmar que temperatura e umidade relativa influenciam a velocidade do som no ar.
Passo 4
Para (c), timbre é a “cor” ou qualidade do som associada à distribuição e intensidade dos harmônicos de uma nota fundamental. Cada objeto tem modos próprios de vibração (frequências naturais) e, dependendo de sua forma, material e arranjo geométrico, certos harmônicos serão reforçados ou atenuados. Logo, a estrutura física do objeto determina o espectro harmônico e portanto o seu timbre.
Resposta
(a) O som viaja mais rápido em sólidos porque nestes o módulo elástico
é muito maior, gerando um valor elevado de
.
(b) Sim: temperatura eleva pelo aumento de
em
, e umidade reduz a massa molar média
, também aumentando
.
(c) Timbre é a qualidade sonora dada pelo conjunto de harmônicos de uma nota. A forma, o material e a geometria do objeto moldam esses harmônicos, definindo o timbre.
(b) Sim: temperatura eleva
(c) Timbre é a qualidade sonora dada pelo conjunto de harmônicos de uma nota. A forma, o material e a geometria do objeto moldam esses harmônicos, definindo o timbre.