Velocidade da luz e do som

9 de agosto, 2015 às 11:16 | Postado em Acústica, Ondas eletromagnéticas, Ondas mecânicas, Óptica

Olá, Recentemente li um comentário em um site sobre física dizendo que a luz se movimenta com velocidades maiores quanto menor a densidade do meio, e que o som faz o oposto. Minha dúvida é a seguinte: se o som se move mais rapidamente quão mais denso é um corpo, qual seria a velocidade máxima de uma onda sonora? Como se relaciona à velocidade da luz, sabendo que nenhuma velocidade no universo pode ser maior que c?

A rapidez (velocidade) do som – v – depende de duas propriedades MECÂNICAS do meio: a densidade de massa do meio – d – e o módulo de elasticidade volumétrica do meio – K – conforme abaixo.

Portanto quando a densidade do meio aumenta, caso o módulo de elasticidade volumétrica pudesse se manter inalterado, a rapidez de propagação do som diminuiria.

Se em meios mais densos o som se propaga mais rapidamente do que em meios menos densos – por exemplo no alumínio a cerca de 5 km/s e na água a 1,5 km/s – tal não se deve a que a água é menos densa do que o alumínio mas ao fato de que a água tem menor módulo de elasticidade volumétrica (é mais compressível) do que o alumínio, compensando o fato de a densidade do alumínio ser maior do que a da água.

Então a afirmação usual de que “o som se move mais rapidamente quão mais denso é um corpo” está equivocada pois a razão para tal não se encontra na densidade. E para completar, em gases a densidade é irrelevante, conforme está notado em Dúvida sobre o salto do Felix Baumgartner. 

A rapidez de propagação da luz em meios materiais depende do índice de refração do meio e este das propriedades eletromagnéticas do meio – permissividade elétrica e permeabilidade magnética –  que por sua vez não possuem uma relação necessária com a densidade.

Finalmente é importante destacar que som e luz são radiações de natureza diferente. O som é uma onda mecânica longitudinal e a luz é uma onda eletromagnética. Ondas sonoras podem alcançar velocidades da ordem de dezena de quilômetros por segundo em meios sólidos e, portanto, muitas ordens de grandeza inferior à velocidade da luz no vácuo ou em meios como água, vidro, … .

Outras postagen soobre ondas eletromagnéticas: Ondas eletromagnéticas

Outras postagens sobre ondas mecânicas: Ondas mecânicas

“Docendo discimus.” (Sêneca)

______________________________________

Comentário no Facebook

Marcelo Menegali  – Fiquei desapontado com a resposta. Imaginei que haveria um desenvolvimento teórico que levaria a um valor numérico ou ao menos a uma estimativa.

O parágrafo “Ondas sonoras podem alcançar velocidades da ordem de dezena de quilômetros por segundo em meios sólidos e, portanto, muitas ordens de grandeza inferior à velocidade da luz no vácuo ou em meios como água, vidro, …” não diz de onde surgiu essa informação de “dezenas de quilômetros por segundo”. 😮

Fernando Lang da Silveira – Se queres fazer uma estimativa da velocidade do som basta alimentares a expressão referida na postagem com a densidade do meio e o seu módulo de elasticidade volumétrica. Por exemplo, se colocares ali a densidade da água (por favor não me desaponta dizendo que não a conheces!)   e o seu módulo de  elasticidade volumétrica (este eu aposto que me desapontarás dizendo que não o conheces)   –  cerca de 22 mil atm – encontrarás o valor de cerca de 1500 m/s. E se tivesses seguido a indicação sobre o salto do Felix Baumgartner na postagem, terias diminuído o teu desapontamento.  🙂

Visualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 3817.