O som é uma onda longitudinal

Todos nós já ouvimos que não existe som no espaço, ainda que tenhamos assistido a vários filmes e programas de TV retratando cenas em que ouvimos o som de motores de espaçonaves e explosões no espaço. Se existe som na Terra, por que não haveria som no espaço? O segredo está em como ele se propaga.

O som se propaga como ondas de energia, mas, ao contrário da luz, as ondas transmitem energia por meio do movimento das partículas. Vamos imaginar que você bata palmas. As moléculas de ar entre suas mãos são espremidas, e essas partículas se chocam com as partículas que estão fora de suas mãos e as empurram para fora. Essas partículas se chocam com as partículas ao seu lado e assim por diante, até que que as partículas ao lado de seu tímpano são atingidas. Você pode pensar nesse processo como uma pequena explosão de ar ao redor da coisa que emitiu o som.

Não se esqueça de que assim que uma partícula em movimento se choca com a partícula vizinha, ela desacelera ou para. A energia que a partícula estava usando para se movimentar foi transmitida para a partícula vizinha que, por sua vez, transmite a energia para sua partícula vizinha e assim sucessivamente. Isso significa que cada partícula individual se movimenta a uma curta distância. É a energia das palmas de suas mãos batendo que se propaga durante todo o percurso até seus ouvidos, não as partículas.

Também é importante lembrar que as partículas estão se movendo na mesma direção em que a onda se move. Se você jogar uma bola de gude em um balde com água, você conseguirá ver as ondulações produzidas, formando respingos na água. Isso acontece porque as partículas de água estão subindo e descendo enquanto a onda se propaga para longe do ponto onde a bola tocou a água. Nas ondas sonoras, as partículas se movem na mesma direção da onda, por isso você não consegue vê-la como os respingos de água no ar. Em vez disso, elas criam áreas no ar onde as partículas são mais espremidas e áreas onde as partículas são mais separadas.

A onda estacionária é uma onda que não se move. Você pode se perguntar: "não é o ponto de uma onda que move a energia ao redor?" Sim, mas e se a onda estiver presa? Ao tomar banho de banheira quando você era criança, você movimentava seu corpo para a frente e para trás, espirrando água para todos os lados e os respingos eram cada vez mais altos à medida que você se movimentava. A onda da água estava presa na banheira, balançando para a frente e para trás contra as extremidades da banheira.

O mesmo princípio se aplica quando estamos falando de instrumentos de sopro, por exemplo, a flauta. O ar está preso no tubo do instrumento e começa a se mover para a frente e para trás. Geralmente, existe mais de uma onda na flauta ao mesmo tempo. Elas se movimentam, chocam-se, batendo uma na outra e voltam para onde vieram. Elas continuam se movimentando para a frente e para trás enquanto a pessoa está soprando o bocal da flauta.

Para que as ondas continuem se movendo para a frente e para trás, algo precisa empurrá-las. No caso da flauta, a pessoa que está soprando o bocal empurra o primeiro sopro de ar, que empurra o próximo e assim por diante. A pessoa que está soprando está fornecendo uma área de pressão constante. Isso significa que as partículas lá presentes não são espremidas e separadas, elas se movem para a frente e para trás em grupo. As partículas de cada lado desse grupo são espremidas e separadas, enquanto as partículas da pressão constante se movem para a frente e para trás. Os dois tipos de grupos de partículas se revezam ao longo do tubo da flauta; assim, temos partículas se movendo para a frente e para trás e temos partículas sendo espremidas e separadas. É claro que os dois grupos têm algumas partículas retardatárias que não sabem o que fazer e acabam fazendo um pouco das duas coisas.

Podemos mostrar as ondas sonoras, construindo um gráfico de como as partículas se movem (deslocamento) ou do quão espremidas estão (densidade). Mas como densidade e pressão estão relacionadas, o gráfico de pressão versus tempo tem a mesma forma de um gráfico da densidade versus o tempo.

Se formos observar o deslocamento das partículas, nosso gráfico representará a distância em que as partículas se encontram de seus locais normais e em qual direção elas se deslocaram. Em um gráfico de deslocamento de partículas, as partículas que não se movem serão sempre representadas na reta zero. Essas são as mesmas partículas que são mais espremidas e separadas.

Se formos observar a pressão, nosso gráfico representará onde as partículas são espremidas e onde são separadas. Em um gráfico de pressão, as partículas que nunca são espremidas ou separadas serão sempre representadas na reta zero. Essas são as partículas que mais se movem para a frente e para trás.

Portanto, ao comparar os dois gráficos, podemos ver que os locais onde o deslocamento das partículas é maior e onde é menor (no negativo), é onde o gráfico da pressão é zero e vice-versa.

As ondas sonoras só podem se propagar no espaço se houver partículas suficientes para transmitir a energia na onda da fonte para o ouvinte.

Quando conversamos debaixo d'água, o som é engraçado, pois a água, em vez do ar, está carregando a onda sonora. A água é um líquido e o ar é um gás, portanto, a água é muito mais densa que o ar e as partículas não são tão livres para se mover quanto as partículas de ar.

Neste vídeo, você verá (aproximadamente aos 16 segundos) uma área de alta densidade com partículas se movendo pelo ar como uma fileira de nuvens. A erupção em si acontece aos 12 segundos, mas o som não chega ao microfone da câmera nem às pessoas até os 25 segundos no vídeo. O som levou 13 segundos para se propagar pelo ar. Um grupo de partículas se choca para chegar até as partículas de ar que estavam perto dos espectadores para que pudessem ouvir o som.

A título de curiosidade, você pode descobrir a distância das pessoas no barco multiplicando 13 segundos por 340 m/s (a velocidade do som). Elas estavam a 4,4 km (ou 2,7 milhas) de distância do vulcão!