Cientistas calculam a velocidade máxima do som

As ondas sonoras, se viajarem através de hidrogênio atômico sólido, podem atingir sua máxima velocidade teórica: 36 mil metros por segundo

Renato Mota 09/10/2020 17h10
Jato supersônico
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O que estamos acostumados a chamar de "velocidade do som" é na verdade a velocidade que as ondas sonoras atingem no ar, a uma temperatura de 20°C: aproximadamente 343 metros por segundo. Mas isso pode variar conforme a temperatura e o material. Por exemplo, a uma temperatura atmosférica de -10 °C, a velocidade cai para 325 m/s, enquanto no alumínio, sobe para 6.320 m/s.


Uma pesquisa feita na Queen Mary University of London, em parceria com a universidade de Cambridge e o Institute for High Pressure Physics em Troitsk, na Rússia, encontrou a velocidade do som mais rápida possível: 36 mil metros por segundo. 

Ondas sonoras, como qualquer onda, são distúrbios que movem a energia de um lugar para outro. A velocidade desse movimento depende do meio pela qual a onda está viajando. No caso do som, ele se move mais rápido através de sólidos do que por líquidos ou gases. Quanto mais rígido o meio, mais rápido o som viaja.

É por isso, por exemplo, que você pode ouvir um trem se aproximando muito mais rápido se você encostar o ouvido nos trilhos. Pelo mesmo motivo, baleias conseguem se comunicar através de longas distâncias no oceano, já que a água é mais compacta do que o ar.

U.S. Air Force photo/Airman 1st Class Lauren M. Johnson

Um F-15E Strike Eagle rompe a barreira do som durante um exercício de treinamento. Imagem: Força Aérea dos EUA/Airman 1ª Class Lauren M. Johnson

Até agora, a maior velocidade registrada para o som era de 12 mil metros por segundo, com a onda passando através de um diamante. O novo número, porém, é mais que o dobro disso. É impossível medir a velocidade do som em todos os materiais existentes, mas os cientistas conseguiram estabelecer um limite com base nas constantes fundamentais, os parâmetros universais pelos quais entendemos a física do universo.

A teoria da relatividade especial de Einstein define o limite de velocidade absoluta em que uma onda pode viajar, que é a velocidade da luz, em cerca de 300 mil quilômetros por segundo. O novo estudo, publicado na revista Science Advances, mostra que prever o limite superior da velocidade do som depende de duas constantes fundamentais adimensionais: a constante de estrutura fina e a razão de massa próton-elétron.

Esses dois números são conhecidos dos físicos. Eles governam as reações nucleares, como o decaimento de prótons e a síntese nuclear em estrelas. O equilíbrio entre os eles fornece uma estreita "zona habitável" onde estrelas e planetas podem se formar e estruturas moleculares de suporte de vida podem emergir.

Os cientistas testaram a influência dessas duas constantes em uma ampla variedade de materiais e abordaram uma previsão específica de sua teoria de que a velocidade do som deveria diminuir com a massa do átomo. Essa previsão implica que o som é mais rápido se viajar através de hidrogênio atômico sólido.

O problema é que para que o elemento chegue neste ponto, é necessária uma pressão acima de um milhão de atmosferas – como no núcleo de gigantes gasosos como Júpiter. Nesse ambiente, o hidrogênio se torna um sólido metálico supercondutor. Partindo dessa premissa, os pesquisadores realizaram cálculos de mecânica quântica de última geração e descobriram que a velocidade do som no hidrogênio atômico sólido está perto do limite teórico fundamental.

"O cálculo das ondas sonoras em sólidos já é extremamente importante em muitos campos científicos. Por exemplo, os sismólogos usam ondas sonoras iniciadas por terremotos no interior da Terra para compreender a natureza sísmica de certos eventos e as propriedades da composição da Terra", explica o professor de Ciência de Materiais da Universidade de Cambridge, Chris Pickard, um dos coautores do estudo.

Via: ScienceAlert

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