No livro Bilhões e Bilhões de Carl Sagan tem um capítulo chamado "O Olhar de Deus e a Torneiraque Pinga" (pag. 41) onde ele escreve sobra a características das ondas e seus efeitos, como o son e a luz. Reproduzo aqui parte desse capítulo em duas partes. A primeira, a seguir, relacionando as ondas aos sons. No próximo post eu completo com o relacionamento das ondas com a luz.
Foto: Blog Veliq Fil
Você está sentado na banheira, e a torneira está pingando. A cada segundo, vamos supor, um pingo cai na banheira. Gera uma pequena onda que se espalha ao redor, formando um belo círculo perfeito. Quando atinge os lados da banheira, é refletida de volta. A onda refletida é mais fraca, e, depois de uma ou mais reflexões, você não consegue perceber mais.
Novas ondas chegam à sua extremidade da banheira, cada uma gerada por outro pingo de água. O seu patinho de borracha balança para cima e para baixo sempre que nova frente de ondas passa por ele. É claro que a água é um pouco mais elevada na crista da onda em movimento, e mais baixa no pequeno declive entre as ondas, a depressão.
A "frequencia" das ondas é simplesmente quantas vezes as cristas passam pelo seu ponto de observação - nesse caso, uma onda a cada segundo. Como cada pingo forma uma onda, a frequência é igual à taxa de pingos. O "comprimento de onda" das ondas é simplesmente a distância entre as sucessivas cristas de ondas - nesse caso, talvez dez centímetros. Mas se uma onda passa a cada segundo, e elas têm uma distância de dez centímetros entre si, a velocidade das ondas é dez centímetros por segundo. Depois de pensar um pouco você conclui que a velocidade de uma onda é a frequencia vezes o comprimento de onda.
As ondas da banheira e as ondas do oceano são bidimensionais. Elas se espalham de um ponto de origem, formando círculos sobre a superfícia da água. As ondas sonoras, ao contrário, são tridimensionais, espalhando-se no ar em todas as direções a partir da fonte do som. Na crista da onda o ar é um pouco comprimido; na depressão, o ar é um pouco rarefeito. O seu ouvido detecta essas ondas. Quanto mais vezes elas chegam ao seu ouvido (mais elevada é a frequência), mais elevada é a altura do som que você ouve.
Os tons musicais são apenas uma questão de quantas vezes as ondas sonoras atingem seu ouvido. O dó central é o modo como descrevemos 263 ondas sonoras nos atingindo a cada segundo: é chamado de 263 hertz. (Uma oitava acima seria o dobro, 526 hertz, duas oitavas seria 1052 hertz, e assim por diante). Qual seria o comprimento de onda do dó central? Se as ondas sonoras fossem diretamente visíveis, qual seria a distância de crista a crista? Ao nível do mar o som viaja a 340 metros por segundo. Assim como na banheira, o comprimento de onda será a velocidade da onda dividida pela sua frequencia, isto é, cerca de 1,3 metro para o dócentral - aproximadamente a altura de um ser humano de 9 anos.
Mas o ouvido humano não é um detector perfeito de ondas sonoras. Há frequências (menos de vinte ondas a cada segundo) que são baixas demais para serem percebidas por nós, embora as baleias se comuniquem facilmente nesses tons baixos. Da mesma forma, há frequências (mais de 20 mil ondas a cada segundo) demasiado elevadas para os ouvido humanos detectarem, embora os cães não tenham dificuldade ( e respondam, quando chamados nessas frequencias por um apito. Existem campos sonoros - vamos dizer, 1 milhão de ondas por segundo - que são, e sempre serão, desconhecidos para a percepção humana direta. Os nossos órgãos dos sentidos, por mais maravilhosamente adaptados que sejam, têm limitações físicas fundamentais.
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