Hai mai sentito un grande boato al passaggio di un aereo militare o hai mai visto un video a riguardo? Oppure ti è mai capitato di chiederti perché quando cade un fulmine vedi prima il lampo e poi senti il tuono? La risposta ad entrambe le domande te la può dare semplicemente una spiegazione sulla velocità del suono.

Scommettiamo che alla fine del post riuscirai a rispondere?

Cos’è il suono

Partiamo dal principio: cos’è il suono? Semplificando il più possibile, è la trasmissione di una vibrazione attraverso un mezzo, che giunge all’orecchio e viene elaborata in una sensazione.

Il nostro orecchio è capace di percepire le vibrazioni sonore purché esse non siano meno di 16 al secondo (infrasuoni) e non siano più di 40.000 al secondo (ultrasuoni). Molti animali invece riescono a sentire e a produrre uno spettro di suoni molto più ampi rispetto a noi esseri umani.

Se hai la curiosità di saperne di più, in questo post lo staff di Unicusano Reggio Calabria ti spiegherà tutto quello che c’è da sapere su come si propaga il suono e sulle caratteristiche della velocità del suono.

Come si propaga il suono

Entriamo più nel dettaglio.

Quando un oggetto – detto sorgente del suono – emette delle vibrazioni, trasmette il proprio “movimento” alle particelle con cui è a contatto, facendole oscillare intorno alla posizione di riposo.

Ecco alcune sorgenti del suono:

corpi solidi oscillanti,

corpi solidi in movimento,

gas che fuoriescono rapidamente da un condotto,

incrementi rapidi di pressione.

Le particelle con cui è a contatto la sorgente del suono una volta messe messe in moto, trasmettono la loro oscillazione a quelle adiacenti e così via.

In questo modo un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente, generando così un’onda di pressione che si trasmette necessariamente attraverso un mezzo di propagazione arrivando poi al nostro orecchio: è l’onda sonora.

Le caratteristiche di un’onda sonora

Esistono tre diversi tipi di onde sonore:

• le onde sinusoidali – sono onde sonore dal tracciato regolare e caratterizzate da periodicità;
• le onde periodiche non sinusoidali – sono onde dal tracciato regolare, ma dalla forma più complessa rispetto alle precedenti;
• le onde aperiodiche – sono onde non regolari (es. rumori)

Finora ti abbiamo parlato di “movimento vibratorio che si propaga meccanicamente”, abbiamo detto che un oggetto “trasmette il proprio movimento alle particelle con cui è a contatto” e quindi il tema del discorso è ruotato sempre intorno alla materia.

Questo perché il suono si propaga esclusivamente attraverso un mezzo: le onde sonore necessitano di un “mezzo di trasporto”, una sostanza elastica in cui possono propagarsi. 

A seconda che il mezzo sia un solido o un fluido (liquido o gas) il suono si propaga in modo diverso. La differenza è caratterizzata principalmente dalla densità del mezzo, che è un parametro che influenza notevolmente la velocità del suono.

Nei solidi gli atomi o le molecole sono vincolati tra loro e quindi il suono si propaga più lentamente. Nei fluidi invece il suono si propaga più velocemente.

La velocità del suono

Ora che sai come si propaga il suono è bene che tu sappia qual è la sua velocità e da cosa dipende.

La velocità del suono è la velocità con cui un suono si propaga in un certo ambiente, o mezzo. Come abbiamo detto poco fa varia sia a seconda del mezzo attraverso cui il suono si propaga, sia per le condizioni fisiche del mezzo di propagazione.

Due fattori che influiscono notevolmente sulla propagazione della velocità del suono sono la densità e la temperatura del mezzo: maggiore è la densità, maggiore è la temperatura e maggiore sarà anche la velocità del suono che attraversa il dato mezzo.

Quindi non possiamo dire che esiste un valore assoluto per la velocità del suono tranne che nel vuoto, dove è zero.

Nonostante ciò si possono considerare come valori di riferimento per la velocità del suono

331 m/s – circa 1193 km/h nell’aria ad una temperatura di 0°C

1484 m/s – circa 5432,4 km/h nell’acqua ad una temperatura di 20°C.

Gli aerei supersonici

All’inizio di questo post ti abbiamo chiesto se hai mai sentito un forte boato dopo il passaggio di un aereo militare o se ti è mai capitato di vedere un video a riguardo.

Sai da cosa dipende? Dalla velocità del suono. O meglio: alcuni aerei possono superare la velocità del suono – o “rompere” la velocità del suono. Quando lo fanno producono un’onda d’urto caratterizzata da un forte rumore, il cosiddetto boom sonico che arriva alle orecchie di chi osserva il velivolo solo dopo il suo passaggio.

Questo perché l’aereo precede il suo stesso suono e con la sua punta produce un’onda di pressione che si propaga a forma di cono dietro di esso, generando un rumore forte e concentrato. Il boato del boom sonico è simile a quello di un tuono e, in particolari condizioni di umidità, la compressione delle onde sonore può provocare anche la formazione di nuvole di vapore.

Il numero di Mach

Il numero di Mach è il rapporto tra la velocità di un oggetto in moto in un fluido e la velocità del suono nel fluido considerato. È utilizzato in fluidodinamica e in tutte le applicazioni aeronautiche, in cui viene usato anche come una misura della velocità macroscopica.

Il sonar

Il sonar è una tecnica che utilizza la propagazione del suono per la navigazione, comunicazione o per rilevare la presenza e la posizione di ostacoli ed è utilizzato principalmente dai sottomarini in quanto le onde sonore possono propagarsi più velocemente sott’acqua. Con lo stesso nome è anche chiamato lo strumento che viene utilizzato per generare e ricevere segnali acustici.

Velocità della luce e velocità del suono

Ma quali differenze ci sono tra la velocità della luce e la velocità del suono? Innanzi tutto la velocità della luce è la velocità di propagazione di un’onda elettromagnetica, che quindi ha differenti caratteristiche rispetto all’onda sonora, che come ti abbiamo detto è un’onda di pressione.

Vediamo insieme quali sono queste caratteristiche.

La velocità della luce

La velocità della luce è indicata con la lettera c, dal latino celeritas da quando nel 1894 fu così rappresentata da Paul Drude.

Ma per quanto è possibile sapere, la prima persona a sospettare che la luce non si propagasse istantaneamente e che quindi cercò di misurarne la velocità fu Galileo Galilei.

Il primo a dare un valore alla velocità della luce fu il danese Rømer, che ottenne un valore di circa 210.800.000 m/s.

Oggi sappiamo che la velocità della luce nel vuoto ha un valore di 299.792.458 m/s, ovvero circa 3×10⁸ m/s.

La principale differenza tra velocità della luce e velocità del suono

Come avrai intuito leggendo qui sopra, la principale differenza tra la velocità della luce e la velocità del suono è il fatto che la prima, a differenza della seconda, si propaga anche nel vuoto.

Anzi, la velocità della luce nel vuoto è una costante fisica indipendente dalla velocità dell’oggetto che emette la radiazione: dal 1983 c₀ è considerato un valore esatto e a partire da esso si definisce la lunghezza del metro nel Sistema Internazionale ed è anche la velocità massima a cui può viaggiare qualsiasi informazione nell’universo.

Inoltre passando attraverso i materiali la luce subisce degli eventi di dispersione ottica e in moltissimi casi si propaga ad una velocità inferiore a c₀.

Allora, abbiamo vinto la scommessa dell’inizio del post?