La velocità del suono

LA VELOCITÀ DEL SUONO

Le onde sonore, oltre che nell’aria, si propagano anche nei liquidi e nei solidi. Nel vuoto, invece, dove non ci sono molecole, la vibrazione non può prodursi e dunque nemmeno i suoni; per questo lo Spazio interplanetario, che è vuoto, è silenzioso.
La velocità di trasmissione delle onde sonore varia a seconda del mezzo; generalmente è tanto più elevata quanto più il mezzo è denso ed elastico. La velocità del suono è maggiore nei solidi, dove le molecole sono molto vicine e le vibrazioni si trasmettono molto rapidamente; è minore nei liquidi, dove le molecole sono più distanti; è ancora inferiore negli aeriformi, caratterizzati da molecole tra loro molto distanti. Nell’aria, per esempio, la velocità del suono è di circa 340 m/s, nell’acqua di circa 1400 m/s e nell’acciaio di circa 5000 m/s; per questo si dice che l’acciaio è un ottimo conduttore del suono.
Non tutti i solidi, però, conducono altrettanto bene il suono: alcuni materiali, come il sughero o la gommapiuma, lo assorbono; per questo vengono usati come isolanti acustici, per impedire a suoni e rumori di uscire da un ambiente, per esempio da una discoteca, o di entrarvi.

    SCIENZE +     Il muro del suono

La velocità del suono nell’aria non è particolarmente elevata: è di circa 340 m/s. Esistono aerei, detti supersonici, che volano a una velocità maggiore (oltre i 1200 km/h). È questa la causa di un fenomeno molto particolare. Le onde sonore prodotte dal motore dell’aereo viaggiano più lentamente dell’aereo stesso; non fanno quindi in tempo ad allontanarsi e vengono raggiunte dalle onde prodotte successivamente. Questo determina una progressiva compressione dell’aria, che forma così una sorta di barriera, detta muro del suono: quando l’aereo supera la velocità del suono attraversa questa “barriera” producendo un boato fortissimo, il cosiddetto “bang” supersonico.

LE CARATTERISTICHE DEL SUONO

Quando ascoltiamo un brano musicale, alzando o abbassando il volume possiamo sentire la musica “più forte” o “più piano”, cioè con una diversa intensità. Indipendentemente dal volume di ascolto, poi, i suoni che sentiamo sono più acuti o più gravi, ossia hanno una diversa altezza. I diversi strumenti, inoltre, producono un suono differente, cioè hanno ciascuno un proprio timbro. Intensità, altezza e timbro sono infatti le caratteristiche che identificano un suono.

  io studio  

L’intensità o volume di un suono, cioè la potenza con cui viene emesso, è la caratteristica che permette di distinguere i suoni forti dai suoni deboli e dipende dall’ampiezza delle onde sonore. Mettendo a confronto le onde di due suoni di intensità diversa, infatti, si può osservare che il suono più forte è prodotto dall’oscillazione di ampiezza maggiore (5).

(5) Intensità o volume di un suono

L’intensità dei suoni si esprime in decibel (dB). Il nostro orecchio percepisce suoni d’intensità molto diversa: dal fruscio delle foglie appena udibile ai forti rumori di un cantiere, alla musica a tutto volume diffusa in un locale o a un concerto. Quando restiamo esposti a suoni o rumori di intensità molto elevata, o per un periodo prolungato, come può accadere nelle grandi città, oppure nello svolgimento di alcuni mestieri, l’apparato uditivo può subire danni anche permanenti (6).

(6) Nell’illustrazione è rappresentata l’intensità dei suoni prodotti da diverse sorgenti sonore. 

Al di sopra della soglia del dolore, situata intorno ai 130 dB, si trovano rumori come quelli di un martello pneumatico o di un aereo a reazione, che possono causare danni al nostro udito.

L’altezza di un suono è invece la caratteristica che permette di distinguere i suoni gravi, o bassi, dai suoni alti, o acuti, e dipende dalla frequenza delle onde sonore (7).
I suoni acuti sono emessi da corpi che vibrano velocemente, producendo onde ad alta frequenza; i suoni gravi sono emessi da corpi che vibrano lentamente, producendo onde a bassa frequenza. Corpi più piccoli vibrano con frequenza maggiore; per questo un chitarrista “accorcia” la corda schiacciandola con un dito (8) quando vuole suonare una nota più acuta.

(7) Altezza di un suono

Se un flauto e un violino emettono un suono con la stessa altezza e la stessa intensità, il nostro orecchio percepisce lo stesso che i due suoni sono diversi. A renderli differenti è il timbro, cioè la sonorità caratteristica di ogni sorgente, che dipende dalla forma dell’onda.
Gli strumenti musicali possono infatti produrre onde sonore complesse: in esse all’oscillazione principale, detta fondamentale, si sovrappongono altre oscillazioni, le armoniche, che hanno frequenze multiple della fondamentale. L’onda sonora caratteristica di ogni strumento è il prodotto di una particolare combinazione di armoniche che rende differente la forma dell’onda e unico il suono prodotto (9).
Lo stesso vale per la nostra voce: è proprio il timbro la caratteristica che fa sì che ognuno di noi abbia una voce diversa.

(9) Timbro di un suono

    SCIENZE +     La voce umana 

Non diversamente dagli altri suoni, anche quelli emessi dall’uomo sono onde sonore che si propagano a partire da una sorgente in vibrazione. Lo “strumento” che produce la nostra voce sono le corde vocali: l’aria espulsa dai polmoni le mette in vibrazione creando suoni più o meno acuti in relazione alla velocità delle vibrazioni stesse.

INFRASUONI E ULTRASUONI

L’orecchio umano non è in grado di percepire tutte le frequenze: sente solo suoni di frequenza compresa tra 20 e 20 000 hertz. I suoni che hanno frequenza inferiore, gli infrasuoni, e quelli che hanno frequenza superiore, gli ultrasuoni, non vengono uditi dall’uomo; alcuni di essi, però, possono essere uditi dagli animali, ciascuno dei quali percepisce una diversa gamma di frequenze. I delfini, per esempio, così come i pipistrelli o i gatti, percepiscono gli ultrasuoni, mentre elefanti e balenottere percepiscono gli infrasuoni. I cani, invece, sono in grado di udire sia gli infrasuoni sia gli ultrasuoni. Anche la frequenza dei suoni emessi è tipica di ogni specie: cani e gatti, per esempio, emettono e percepiscono infrasuoni che l’uomo non è in grado di sentire.