Qual é a influência da gravidade na propagação de ondas sonoras?

7 de maio, 2013 às 9:22 | Postado em Acústica, Ondas mecânicas

Olá professor,

Qual é a influência da gravidade na propagação de ondas sonoras?

Já há alguns meses que alguns colegas e eu temos esse questionamento. Assumimos que a influência existe, mas gostaríamos de saber até que ponto é relevante e se o comprimento de onda influenciará no fenômeno.

Se a pergunta é sobre a rapidez (celeridade) de propagação, a resposta é a seguinte:

A rapidez das ondas sonoras em qualquer meio depende de quão elástico é o meio (módulo de elasticidade volumétrica do meio) e da densidade do meio. Não há explicitamente na expressão da rapidez de propagação referência à intensidade do campo gravitacional.

Imaginemos um ambiente em ausência de gravidade ou em estado de imponderabilidade como o que ocorre no interior da Estação Espacial Internacional. Admitamos que lá exista ar nas mesmas condições de temperatura da superfície da Terra (20°C). Então a rapidez das ondas sonoras é aproximadamente 340 m/s.

Um aspecto interessante é que a rapidez de propagação do som em um gás NÃO depende da pressão ou da densidade, sendo dependente apenas da temperatura e de características específicas do gás (massa molar e da razão entre o capacidade térmica molar a pressão constante pela capacidade térmica molar a volume constante). Vide Propagação de ondas sonoras no ar e a temperatura.

Quando para um meio a rapidez de propagação de uma onda depende do comprimento de onda, o meio é chamado de DISPERSIVO. Ondas sonoras no ar não apresentam DISPERSÃO.

Ondas elásticas em geral (por exemplo ondas transversais em uma corda, ondas sonoras, …) não tem sua rapidez de propagação dependente DIRETAMENTE da intensidade do campo gravitacional pois é a elasticidade do meio e a inércia do meio que decidem sobre rapidez da propagação. Alguma influência indireta da gravidade na rapidez de propagação de uma onda em uma corda é possível quando a força tensora é afetada pela gravidade; seria o caso, por exemplo, de uma corda vertical tensionada por uma carga suspensa na corda ou pelo peso da corda.

A foto abaixo mostra uma “espiral” (espiral é uma terminologia inadequada, embora consagrada para este material em forma helicoidal) de encadernação na vertical. A força tensora é variável ao longo da espiral pois em parte ela depende do peso da espiral. Produziu-se uma onda estacionária na espiral e a se percebe que a meia onda superior é cerca de 30% mais extensa do que a meia onda inferior. Caso a aceleração da gravidade fosse nula (ou se a espiral oscilasse sobre uma superfície horizontal) a assimetria, decorrente de que a rapidez de propagação das ondas progressivas que superpostas determinam a onda estacionária, não existiria.

As ondas mecânicas que tem velocidade de propagação dependente da intensidade do campo gravitacional são as ondas de gravidade (gravity waves). Um exemplo de onda de gravidade é uma onda marítima. As ondas marítimas transportam energia mecânica, isto é, energia cinética e energia potencial GRAVITACIONAL, enquanto as ondas elásticas (como as sonoras ou ondas em cordas) transportam energia cinética e energia potencial ELÁSTICA.

Ondas marítimas podem apresentar DISPERSÃO, isto é, dependência da rapidez de propagação com a frequência ou comprimento de onda. Para mais informações sobre ondas marítimas olha  em Research Gate.

Sobre o uso de espirais de encadernação como molas vide Research Gate

Sobre ondas de gravidade, especialmente ondas marítimas podes consultar Ondas de gravidade (ondas marítimas)

“Docendo discimus.” (Sêneca)

Visualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 5916.