Qual o valor da velocidade de propagação?

A velocidade da luz no vácuo é de 299 792 458 m/s. Para facilitar os cálculos que envolvem a velocidade da luz, usamos frequentemente a aproximação:

c = 3,0 x 108 m/s ou c = 3,0 x 105 km/s

O valor da velocidade da luz é extremamente elevado. Para se ter uma ideia, enquanto a velocidade do som no ar é de aproximadamente 1 224 km/h, a velocidade da luz é de 1 079 252 849 km/h.

É exatamente por essa razão que quando ocorre uma tempestade, vemos o clarão (relâmpago) de um raio muito antes que escutamos seu ruído (trovão).

Em uma tempestade podemos perceber a grande diferença entre a velocidade do som e da luz.

Ao se propagar em outros meios, diferentes do vácuo, a velocidade da luz sofre uma redução no seu valor.

Na água, por exemplo, sua velocidade é igual a 2,2 x 105 km/s.

Uma consequência deste fato é o desvio sofrido por um feixe luminoso ao mudar o meio de propagação.

Esse fenômeno ótico é chamado de refração e ocorre pela mudança na velocidade da luz em função do meio de propagação.

Devido a refração a colher parece "quebrada"

De acordo com a Teoria da Relatividade de Albert Einstein nenhum corpo pode alcançar velocidade superior ao da velocidade da luz.

Velocidade da Luz para Diferentes Meios Óticos

Na tabela abaixo, encontramos os valores da velocidade quando a luz se propaga em diferentes meios transparentes.

História

Até meados do século XVII, acreditava-se que o valor da velocidade da luz era infinito. A preocupação com o tema é uma constante ao longo da história. Aristóteles (384-322 a.C.) já observava que a luz levava algum tempo para chegar à Terra.

Ele próprio, contudo, chegava a discordar e até Descartes tinha a ideia de que a luz viajava instantaneamente.

Galileu Galilei (1554-1642) tentou medir a velocidade da luz, usando um experimento com duas lanternas separadas por uma grande distância. Contudo, os equipamentos usados não foram capazes de fazer tal medição.

Foi somente em 1676 que um astrônomo dinamarquês chamado Ole Romer fez a primeira medição real da velocidade da luz.

Trabalhando no Observatório Real de Paris, Romer elaborou um estudo sistemático de Io, uma das luas de Júpiter. Ele percebeu que o planeta passava por eclipses em intervalos regulares com diferenças a partir do afastamento da Terra.

Em setembro de 1676, o cientista previu corretamente um eclipse - com 10 minutos de atraso. Ele apontou que, como a Terra e Júpiter se movem em órbitas, a distância entre eles varia.

Assim, a luz de Io - que é o reflexo do Sol - levou mais tempo para chegar à Terra. A demora aumentava à medida que os dois corpos celestes se distanciavam.

Quanto mais afastada de Júpiter, maior a distância extra para a luz percorrer o diâmetro igual ao da órbita da Terra em comparação com o ponto de maior aproximação. A partir dessas observações, Romer concluiu que a luz levou cerca de 22 minutos para cruzar a órbita da Terra.

Em resumo, as observações de Romer indicavam um número próximo ao da velocidade da luz. Mais tarde, chegou-se à precisão de 299 792 458 metros por segundo.

Em 1868, as equações do matemático e físico escocês James Clerk Maxwell tinham como base os trabalhos de Ampère, Coulomb e Faraday. Segundo ele, todas as ondas eletromagnéticas viajavam exatamente na mesma velocidade da luz no vácuo.

Maxwell concluiu, ainda, que a própria luz, em si, era um tipo de onda que viaja através de campos elétricos e magnéticos invisíveis.

O cientista apontou que a luz e outras ondas eletromagnéticas devem viajar a uma certa velocidade fixa em relação a algum objeto que ele batizou de "éter".

O próprio Maxwell não conseguiu explicar o funcionamento do "éter" e foi Einstein que solucionou a questão. Segundo o cientista alemão, a velocidade da luz é constante e não depende do observador.

A compreensão da velocidade da luz passa, assim, a ser o alicerce da Teoria da Relatividade.

Saiba mais em:

• Ano-luz: O que é e Como Calcular?
• Teoria da Relatividade
• Luz - refração, reflexão e meios de propagação
• Refração da Luz
• Reflexão da Luz

Rosimar Gouveia

Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.

A velocidade do som no ar, ao nível do mar, em condições normais de pressão e com temperatura de 20 ºC é de 343 m/s, que corresponde a 1234,8 Km/h.

Já a velocidade do som na água, a uma temperatura de 20 ºC, é de 1450 m/s, o que corresponde a cerca de quatro vezes mais que no ar.

O estado físico dos materiais influencia na velocidade do som, sendo que se propaga mais rapidamente nos sólidos, depois nos líquidos e mais lentamente nos gases.

A velocidade do som sofre ainda a influência da temperatura, de forma que quanto mais elevada ela for, mais rapidamente o som se propaga.

Barreira do som

Quando um avião atinge uma velocidade muito alta, surgem ondas de pressão que se deslocam com a velocidade do som.

Se a velocidade do avião se aproximar da velocidade de Mach 1, ou seja, apresentar a mesma velocidade das ondas de pressão, ele passará a comprimir essas ondas.

Nesta situação, o avião se desloca junto com o seu som. Essas ondas vão se acumulando na frente do avião e cria-se uma verdadeira barreira de ar, que dá-se o nome de barreira do som.

Ao alcançar uma velocidade supersônica, uma onda de choque é produzida devido ao acúmulo de ar comprimido. Essa onda de choque ao atingir a superfície, produz um forte estrondo.

O Som no Vácuo

O som é uma onda, ou seja, é uma perturbação que se propaga em um determinado meio e não transporta matéria, apenas energia.

As ondas sonoras são ondas mecânicas, assim necessitam de um meio material para transportar energia. Portanto, o som não se propaga no vácuo.

Ao contrário do som, a luz se propaga no vácuo porque não é uma onda mecânica, mas eletromagnética. O mesmo ocorre com as ondas de rádio.

Quanto a direção de propagação, o som é classificado como uma onda longitudinal, pois a vibração ocorre na mesma direção do movimento.

Velocidade do Som em Diferentes Meios

A velocidade de propagação do som depende da densidade e do módulo da elasticidade volumétrica do meio.

Nos gases em particular, a velocidade depende do tipo de gás, da temperatura absoluta do gás e de sua massa molar.

Na tabela abaixo, apresentamos o valor da velocidade do som para diferentes meios.

Velocidade do Som no Ar

Conforme vimos, a velocidade do som em um gás sofre a influência da temperatura.

A seguinte fórmula pode ser usada para indicar uma boa aproximação do valor da velocidade do som no ar, em função da temperatura:

v = 330,4 + 0,59T

Onde,

v: velocidade em m/s

T: temperatura em graus Celsius (ºC)

Na tabela abaixo, apresentamos os valores da variação da velocidade do som no ar em função da temperatura.

Características do Som

Os sons audíveis aos ouvidos humanos variam entre 20 e 20 mil Hz. Sons situados abaixo dos 20 Hz são chamados de infrassom, já os com frequência acima dos 20 mil Hz são classificados como ultrassons.

As qualidades fisiológicas do som são: o timbre, a intensidade e a altura. O timbre é a que nos permite distinguir diferentes fontes sonoras.

Já a intensidade está relacionada com a energia da onda, ou seja, sua amplitude. Quanto maior a intensidade, maior o volume do som.

A altura do som depende de sua frequência. Quando a frequência é alta o som é classificado como agudo e quando a frequência é baixa o som é grave.

Medidas da Velocidade do Som

As primeiras medidas da velocidade do som foram feitas por Pierre Gassendi e Marin Mersenne, no século XVII.

No caso de Gassendi, ele mediu a diferença de tempo entre detectar o disparo de uma arma e ouvir o seu estrondo. Contudo, o valor encontrado foi muito alto, cerca de 478,4 m/s.

Ainda no século XVII os físicos italianos Borelli e Viviani, usando a mesma técnica, encontraram 350 m/s, um valor bem mais próximo do real.

O primeiro valor preciso da velocidade do som foi obtido pela Academia de Ciências de Paris, em 1738. Nesse experimento, foi encontrado o valor de 332 m/s.

A velocidade do som na água foi medido pela primeira vez pelo físico suíço Daniel Colladon, em 1826. Ao estudar a compressibilidade da água, ele encontrou o valor de 1435 m/s.

Veja também:

• Efeito Doppler
• Ondas Sonoras

Rosimar Gouveia

Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.

Qual é o valor da velocidade de propagação?

Como calcular a velocidade de propagação?

Como se calcula a velocidade de propagação do som?

Qual o valor da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas?