Qual é a velocidade do som?

A velocidade do som no ar seco a 20 °C é de 343 m/s. Convertendo, são 1.235 km/h, 767 mph, 667 kn ou cerca de 1.125 ft/s. A aviação usa, em vez disso, a Atmosfera Padrão Internacional, que define o nível do mar a 15 °C, o que dá 340,3 m/s (1.225 km/h, 661 kn). Os dois valores são frequentemente citados como equivalentes; a diferença deve-se aos 5 °C entre eles.

A fórmula que está por detrás destes valores é a raiz quadrada de γRT/M, onde γ é a razão entre calores específicos (1,4 para o ar), R é a constante dos gases, T é a temperatura absoluta e M é a massa molar. Daqui resulta uma regra prática útil: a velocidade do som no ar muda cerca de 0,6 m/s por grau Celsius.

Como só a temperatura importa, a velocidade do som segue o perfil de temperatura da atmosfera. Na atmosfera padrão, desce de forma constante ao longo da troposfera e atinge 295,1 m/s (1.062 km/h, 573 kn) na tropopausa, a 11 km de altitude, mantém-se depois constante até 20 km, onde a temperatura não varia, e volta a subir mais acima, na estratosfera, pois o ozono aquece o ar. Por isso, um avião comercial que voe a 900 km/h de velocidade real a 11 km de altitude está a Mach 0,85, enquanto a mesma velocidade ao nível do mar seria apenas Mach 0,73. Os pilotos e os computadores de voo usam o número de Mach local, e não uma constante ao nível do mar, porque os limites aerodinâmicos da asa dependem dele.

A humidade tem um efeito pequeno e aumenta a velocidade do som em ar muito húmido por algumas décimas de metro por segundo, pois o vapor de água é mais leve do que o azoto e o oxigénio que substitui. A pressão do ar, por si só, não tem efeito: no cume de uma montanha o ar é mais rarefeito, mas o som é mais lento apenas porque ali está mais frio.

Líquidos e sólidos conduzem o som muito mais rapidamente, pois as suas moléculas estão mais próximas e mais firmemente ligadas. Na água doce a 20 °C, o valor é de cerca de 1.480 m/s; na água do mar é ligeiramente superior, cerca de 1.530 m/s, pelo que os sistemas de sonar têm de corrigir para a temperatura e a salinidade. No aço é de quase 5.900 m/s, no alumínio cerca de 6.300 m/s e no diamante acima de 12.000 m/s. Entre os gases, o hidrogénio, com cerca de 1.270 m/s, e o hélio, com cerca de 1.000 m/s, são os mais rápidos; o dióxido de carbono, mais denso e com um γ mais baixo, é mais lento do que o ar, com cerca de 270 m/s.

O número de Mach é a razão entre a velocidade real de voo de um avião e a velocidade local do som, de modo que o mesmo Mach 1 corresponde a velocidades diferentes em condições diferentes. O cruzeiro do Concorde a Mach 2,02 a 17 km de altitude correspondia a cerca de 2.150 km/h, enquanto Mach 2 ao nível do mar num dia quente seria antes cerca de 2.500 km/h. Quando se cita um valor para a barreira do som sem indicar a altitude, trata-se quase sempre do valor padrão ao nível do mar de 1.225 km/h.