Ondas sonoras

Em Física definimos ondas sonoras como sendo ondas mecânicas, pois somente se propagam através de um meio material. Diferentemente das ondas eletromagnéticas (como, por exemplo, a luz), as ondas sonoras não podem se propagar no vácuo.

Características físicas

As ondas sonoras são consideradas ondas de pressão, ou seja, ondas que se propagam a partir de variações de pressão do meio. Por exemplo, quando um músico bate em um tambor musical, a vibração da membrana produz alternadamente compressões e rarefações do ar, ou seja, produz variações de pressão que se propagam através do meio, no caso, o ar.

Esse tipo de onda é denominado onda longitudinal, pois as moléculas constituintes do meio se aproximam e se afastam umas das outras de forma alternada. Cada secção do meio através do qual passa a onda longitudinal apenas oscila ligeiramente em torno de uma posição de equilíbrio, enquanto a onda propriamente dita pode se propagar por grandes distâncias.

Ao longo da direção de propagação, a menor distância entre duas regiões nas quais o ar está simultaneamente comprimido corresponde ao comprimento de onda λ da onda sonora. O mesmo se aplica à menor distância entre duas regiões nas quais o ar é rarefeito.

Frequência e velocidade

Dependendo da fonte emitente, as ondas sonoras podem apresentar qualquer frequência, desde poucos hertz (como as ondas produzidas por abalos sísmicos), até valores extremamente elevados (comparáveis às frequências da luz visível). Porém, nós, seres humanos, só conseguimos ouvir ondas sonoras cujas frequências estejam compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz, sendo chamadas, genericamente, de sons.

Ondas sonoras que possuem frequência abaixo de 20 Hz são denominadas infrassons e as ondas que possuem frequência superior a 20.000 Hz são denominadas ultrassons.

Existem alguns animais, como o morcego, o cachorro e o gato, que possuem ouvidos sensíveis ao ultrassom. Já os elefantes e os hipopótamos, por exemplo, possuem ouvidos sensíveis ao infrassom.

Uma característica do som é a sua velocidade de propagação. A velocidade de propagação de uma onda sonora não depende da sua frequência, mas, sim, exclusivamente, do meio em que ela se propaga. Assim, podemos dizer que, em determinado meio, as ondas sonoras se propagam com a mesma velocidade.

Efeito Doppler

Ilustração das ondas sonoras emitidas de um objecto em movimento.

O Efeito Doppler é uma característica observada nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a Johann Christian Andreas Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842. A primeira comprovaçao foi obtida pelo cientista alemão Christoph B. Ballot, em 1845, numa experiência com ondas sonoras.

Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Quando um objeto está em movimento, as ondas emitidas estão em pontos diferentes ao longo da trajetória. Isto implica que cada onda emitida está mais próxima da onda anteriormente emitida, logo seu comprimento de onda tem um valor diferente, dependendo do ponto onde se observe a onda. O comprimento de onda observado é maior ou menor conforme sua fonte se afaste ou se aproxime do observador. Se o comprimento de onda variar, a sua frequência varia também. No caso de aproximação, a frequência aparente da onda recebida pelo observador fica maior que a frequência emitida. Ao contrário, no caso de afastamento, a frequência aparente diminui.

Um exemplo típico é o caso de uma ambulância com sirene ligada que passe por um observador. Ao se aproximar, o som é mais agudo e ao se afastar, o som é mais grave. De modo análogo, ao trafegar em uma estrada, o ruído do motor de um automóvel que vem em sentido contrário apresenta-se mais agudo enquanto ele se aproxima e mais grave a partir do momento em que se afasta (após cruzar com o observador).