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Chi ha scoperto la velocità del suono?

Risposta diretta

Nessuno la scoprì in un solo momento. Marin Mersenne e Pierre Gassendi la misurarono negli anni 1630, cronometrando l'intervallo tra il lampo e il colpo di arma da fuoco; l'Accademia del Cimento e William Derham (1709) affinarono il valore a circa 350 m/s. Newton la calcolò nel 1687 e Laplace corresse la sua formula nel 1816.

Chi ha scoperto la velocità del suono?
Kansas Cosmosphere Right Stuff Glamorous Glennis Replica 2013Patrick Pelletier (CC BY SA), vía commons

Le prime misurazioni, con polvere nera e un orologio

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.

La messa a punto del valore

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.

La teoria: Newton e Laplace

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.

Dal laboratorio a Mach 1

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.

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