(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?

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,
v = raizErho
onde E é o módulo de Young (rigidez) e rho é a densidade. Nos sólidos E é muito maior do que no ar, ainda que rho também seja maior, o que faz o quociente E/rho 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
v = raizgamma R TM
onde gamma é a razão de calor específico, R a constante dos gases, T a temperatura absoluta e M a massa molar do ar. Aumentando T, cresce v. A umidade altera a composição do ar, diminuindo M (vapor d’água é mais leve do que o ar seco), o que aumenta ligeiramente v. 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 E é muito maior, gerando um valor elevado de v = raizE/rho.
(b) Sim: temperatura eleva v pelo aumento de T em v=raizgamma RT/M, e umidade reduz a massa molar média M, também aumentando v.
(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.

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