Velocidade do som no ar, na água e em outros meios

Visão Geral

A velocidade do som é a taxa com que uma perturbação de pressão se propaga através de um meio. Ela depende das propriedades elásticas e da densidade do material. Em gases, ela aumenta com a temperatura; em líquidos e sólidos, a relação é governada pelo módulo de bulk. Compreender a velocidade do som é crucial para acústica, ultrassônica, aerodinâmica e sistemas de comunicação subaquática.

Fórmulas Chave

Velocidade do Som em um Gás Ideal

$c = \sqrt{\gamma \, R \, T}$

onde $\gamma$ é a razão dos calores específicos, $R$ é a constante específica do gás, e $T$ é a temperatura absoluta em kelvin.

Velocidade do Som em Líquidos e Sólidos

$c = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$

onde $K$ é o módulo de bulk (ou módulo de elasticidade para sólidos) e $\rho$ é a densidade de massa.

Relação Geral

$c = f \, \lambda$

Frequência vezes comprimento de onda é igual à velocidade de propagação.

Variáveis

Velocidade do Som em Meios Comuns

Efeito da Temperatura na Velocidade no Ar

Velocidade do Som na Água vs. Temperatura

Calculadora — Velocidade no Ar Seco

Conversor de Unidades

Velocidade Subsônica e Supersônica

Se o número de Mach for inferior a 1, a velocidade do fluxo é menor que a velocidade local do som e a velocidade é subsônica. Se o número de Mach for 1, a velocidade é transônica. Se o número de Mach for superior a 1, a velocidade do fluxo é maior que a velocidade do som e a velocidade é supersônica.

Tabelas de Fonte Original Restauradas

As tabelas a seguir foram restauradas da página de fonte original para preservar os dados de referência completos.

Módulo de Bulk e Densidade de Algumas Substâncias Comuns

Imagens de fonte original

A seguinte imagem de fonte original é preservada para evitar a perda de material de referência visual.

Notas de engenharia

• Domínio da temperatura no ar. Uma regra geral aproximada: a velocidade do som aumenta aproximadamente 0.6 m/s para cada 1 °C de aumento na temperatura. A umidade tem um efeito secundário menor (~0.1–0.5% de variação).
• A pressão tem efeito direto negligenciável na velocidade do som em gases ideais porque tanto a densidade quanto o módulo volumétrico escalonam proporcionalmente com a pressão, cancelando-se. A variável dominante é a temperatura.
• Na água, a salinidade, a temperatura e a pressão (profundidade) todas afetam mensuravelmente a velocidade do som. Modelos acústicos subaquáticos como a equação de Chen-Millero da UNESCO levam em consideração as três variáveis.
• Nos sólidos, o tipo de onda importa. As velocidades longitudinais (onda P) mostradas acima são maiores que as velocidades de cisalhamento (onda S). Ondas superficiais (Rayleigh) e de placa (Lamb) viajam a taxas ainda diferentes.
• Estrondo sônico e número de Mach. A velocidade local do som define a velocidade crítica para fluxo compressível. Um objeto movendo-se a Mach 1.0 cria uma onda de choque cuja geometria depende diretamente da velocidade do som ambiente.
• Ultrassom médico. A imagem de tecidos moles assume uma velocidade média de 1540 m/s. Erros na velocidade assumida causam desfoque e desalinhamento em imagens de ultrassom.
• Ângulo do cone de Mach é dado por $\sin(\mu) = 1/\text{Ma}$, onde Ma é o número de Mach. Em altitudes mais elevadas, a temperatura mais baixa reduz a velocidade do som e alarga o cone para a mesma velocidade aérea.

Referências

• Engineering Toolbox — Velocidade do som
• Kinsler, L. E., et al., Fundamentos da Acústica, 4ª ed., Wiley.
• UNESCO, Algoritmos para Propriedades Fundamentais da Água do Mar, Trabalhos Técnicos em Ciência Marinha.