Na física, o som pode ser descrito como a propagação de ondas mecânicas que geram oscilações locais (vibração) de pressão, densidade, velocidade, estado de tensão ou deslocamento nas partículas de um meio. Por meio dessas ondas mecânicas, o som transporta energia sem transportar matéria .

As ondas sonoras são produzidas quando um corpo vibra rapidamente e perturba as partículas circundantes. Por exemplo, quando a membrana de um tambor é atingida, ela vibra rapidamente e produz uma oscilação de empurrar e puxar que também faz vibrar as partículas de ar ao seu redor. A vibração das partículas no ar é transmitida às partículas vizinhas, criando uma onda mecânica que se propaga em todas as direções.

Embora a propagação do som esteja geralmente associada ao ar, o som pode viajar através de qualquer meio material elástico , seja ele líquido, sólido, gasoso ou um plasma , mas a ausência de partículas torna impossível sua transmissão no vácuo.

A propagação das ondas sonoras nos fluidos é realizada em ondas longitudinais , ou seja, a vibração ocorre paralelamente à direção de propagação. As partículas que são movidas pela vibração do objeto se movem até que colidam com as partículas adjacentes e então voltam para trás. Isso cria uma série de regiões locais de compressão e rarefação que constituem a onda sonora. Em sólidos, o som também pode ser transmitido por ondas transversais (vibração perpendicular à direção de propagação, semelhante ao comportamento das ondas do mar).

Galeria

Esquema de uma onda longitudinal Onda de pressão (animação) Onda sonora (animação)

Velocidade de propagação

A velocidade do som depende das propriedades do meio em que ele se propaga , principalmente da densidade e pressão. Em geral, quanto maior a densidade do meio, menor a compressibilidade e mais rápido o som se propaga.

Em sólidos, por exemplo, as partículas (moléculas e átomos) estão muito próximas umas das outras e mantidas juntas por fortes ligações covalentes . Conseqüentemente, a vibração de uma partícula é transmitida muito rapidamente para a próxima. Por esse motivo, a velocidade do som em sólidos tende a ser maior do que em líquidos, e nestes mais alta do que em gases.

Em meios gasosos é onde a velocidade do som é menor porque as partículas têm uma ampla liberdade de movimento e devem se mover, relativamente o suficiente, até que colidam com outras partículas e transmitam a vibração. No ar, a 0 ºC, 1 atmosfera de pressão e 0% de umidade (ar seco), a velocidade do som é de 331,5 m / s (metros por segundo). A 20 ºC e 50% de umidade a velocidade é de 343,2 m / s, aproximadamente 1235 km / h.

A velocidade do som em um meio pode ser calculada com a chamada equação de Newton-Laplace , segundo a qual a velocidade do som é igual à raiz quadrada do módulo de compressibilidade ( K ) dividido pela densidade do meio ( ρ ):

Percepção de som

A percepção do som requer o fenômeno físico que produz ondas sonoras e um fenômeno fisiológico que detecta a vibração produzida por essas ondas e a traduz em informação sensorial. Quando as ondas sonoras chegam ao ouvido, a vibração é captada pelo tímpano e transmitida aos ossículos conhecidos como ouvido médio: martelo, bigorna e estribo , os menores ossos do corpo humano e os primeiros a ossificar durante o desenvolvimento.

Anatomia do ouvido médio

A cadeia de ossículos transmite o som para a janela oval e faz vibrar o fluido coclear no ouvido interno. A vibração no fluido coclear é detectada por receptores nervosos que se unem para formar o nervo vestibulococlear , ou nervo auditivo, que transportará as informações para o cérebro para interpretação.

É importante notar que o som não precisa ser perceptível pelos humanos, mas inclui qualquer fenômeno de propagação de ondas mecânicas através de um meio elástico, embora o ouvido humano não possa detectá-lo.

O ouvido humano é sensível, em média, a frequências entre 20 Hz e 20 kHz . Acima de 20 kHz são ultrassom e abaixo de 20 Hz são infra-som . Alguns animais podem ouvir sons nessas frequências.