Chi ha scoperto la velocità del suono?

L'idea che il suono richieda tempo per arrivare è antichissima: chiunque veda cadere un fulmine lontano può confermarlo. Ma trovare un numero per questo richiese strumenti che esistettero solo a partire dal XVII secolo. Marin Mersenne, un frate minimo e corrispondente di metà Europa scientifica, pubblicò verso il 1636 un valore ottenuto misurando il ritardo tra il lampo e lo sparo di un'arma da fuoco su una distanza nota; Pierre Gassendi fece lo stesso e constatò inoltre che i suoni gravi e acuti arrivano contemporaneamente, confutando un'antica assunzione aristotelica. I valori di entrambi erano di circa 450 m/s, un terzo sopra il valore reale, poiché i pendoli e gli orologi dell'epoca erano imprecisi e non si teneva conto del vento.

L'Accademia del Cimento di Firenze ripeté l'esperimento negli anni 1660 con Borelli e Viviani utilizzando una misurazione del tempo più precisa e ottenne valori vicini ai 350 m/s. Il passo decisivo lo fece il chierico William Derham, che tra il 1704 e il 1708 osservò dal campanile della chiesa di Upminster colpi di cannone sparati a diversi chilometri di distanza, mediò molte misurazioni in diverse condizioni di vento e pubblicò nel 1709 un valore equivalente a circa 348 m/s: praticamente il valore attuale per l'aria in una giornata mite. Derham fu anche il primo a documentare sistematicamente che la velocità non dipendeva dall'intensità del suono né dalla sua direzione, ma dal vento.

Isaac Newton fu il primo a dedurre la velocità del suono dalle proprietà dell'aria nei Principia del 1687, ottenendo circa 298 m/s, il 15% in meno rispetto al valore misurato. La discrepanza rimase un enigma per oltre un secolo, finché Pierre-Simon Laplace nel 1816 non fece notare che le compressioni dell'onda avvengono così rapidamente che l'aria non ha tempo di scambiare calore: il processo è adiabatico, non isotermico, e il risultato di Newton deve essere moltiplicato per la radice quadrata del rapporto tra le capacità termiche specifiche. Con questa correzione, la formula coincise con gli esperimenti, ed è quella oggi utilizzata dai computer dei dati di volo di ogni jet.

Ernst Mach fotografò negli anni 1880 le onde d'urto dei proiettili supersonici, e da lui deriva il nome dato al rapporto tra la velocità di un oggetto e quella del suono. Quando il Bell X-1, pilotato da Chuck Yeager, superò Mach 1 nel 1947, il numero che superò portava con sé tre secoli di misurazioni: dai lampi dei fucili di Mersenne alle sonde di temperatura che oggi calcolano la velocità locale del suono più volte al secondo.