Davide Broccardo

Ogni giorno sentiamo suoni provenienti da diversi tipi di fonti, dagli umani ai veicoli, dagli strumenti musicali alle televisioni. Così come avviene per le altre forme di energia (meccanica, termica, luminosa, ecc…), anche l’energia del suono non può essere nè creata nè distrutta. Con questa affermazione si fa riferimento al principio di conservazione dell’energia formulato dal fisico statunitense Feynman. Come afferma lo stesso Feynman, infatti, possiamo soltanto cambiare la sua forma, ma l’energia sarà sempre presente.

Cos’è la propagazione del suono?

Il suono è prodotto dalle vibrazioni degli oggetti. L’oggetto o la sostanza attraverso la quale si propaga viene definito mezzo e può essere solido, liquido o gassoso.
Le onde sonore si spostano dal loro punto di origine (fonte) in direzione dell’ascoltatore.
In particolare, quando un oggetto vibra trasmette tali vibrazioni alle particelle del mezzo ad esso adiacenti; le sue, infatti, non viaggiano dalla fonte all’orecchio. Ciascuna particella del mezzo situata nei pressi della fonte viene “spostata” dalla sua posizione di equilibrio e fatta muovere. A sua volta, questa trasmetterà l’energia alle particelle ad essa vicine permettendo così la diffusione del suono. Le particelle del mezzo non si muovono in avanti da sole: la propagazione del suono, infatti, può essere descritta con un moto ondulatorio dato, per l’appunto, dall’onda acustica.

L’aria è sicuramente il mezzo di propagazione più comune; quando un oggetto vibra spinge e comprime l’aria ad esso adiacente. La zona compressa inizia ad allontanarsi dalla fonte; quando quest’ultima si “allenta” e torna al suo stato di equilibrio viene creata un’area di bassa pressione definita rifrazione. Questo movimento alternato si ripete molte volte, generando nell’aria diverse aree di compressione e di rifrazione. Proprio l’alternarsi di tali aree permette all’onda sonora di propagarsi attraverso il mezzo. Le zone di alta pressione o di bassa pressione presenti nel mezzo fanno riferimento alla densità di particelle presenti in un determinato volume. Più ce ne sono, più la pressione sarà elevata. Si può quindi affermare che la propagazione del suono avviene tramite la variazione di pressione all’interno del mezzo stesso.

Per la propagazione del suono è necessario un mezzo

In quanto onda meccanica, il suono necessita di un mezzo fisico (acqua, aria, metallo, ecc…) per poter essere trasmesso. Non può infatti viaggiare nel vuoto, come può essere dimostrato con un semplice esempio.
Se si inserisce un comune campanello all’interno di una campana di vetro chiusa ermeticamente e la si collega ad una pompa per il sottovuoto, si può notare come, via via che la quantità di aria al suo interno diminuisce, il suono del campanello si attenuerà sempre di più, fino a non essere più udibile una volta risucchiata tutta l’aria dentro al recipiente.

Propagazione del suono e velocità del suono

Il suono si propaga attraverso un determinato mezzo con una velocità costante. Come accade durante un temporale, il tuono viene udito qualche istante dopo la vista del fulmine: il suono viaggia più lentamente della luce e la sua velocità dipende strettamente dalle proprietà fisiche del mezzo attraverso il quale si propaga. In particolare, due sono gli aspetti principali:

  • La velocità del suono è strettamente correlata alla temperatura del mezzo. Più la temperatura è alta, più il suono sarà veloce. Per esempio, la sua velocità nell’aria a 0°C è di 331m/s, mentre se l’aria è a 22°C è pari a 344m/s.
  • La velocità del suono diminuisce passando da un mezzo solido ad uno gassoso.

I due assunti possono essere facilmente dimostrati nella tabella sottostante, in cui vengono riportate le diverse velocità che il suono assume in relazione al mezzo e alla sua temperatura.

Velocità del suono in diversi mezzi a 25 ºC
Stato Sostanza Velocità in m/s
Solidi Alluminio 6420 6420
Nickel 6040
Acciaio 5960
Ferro 5950
Ottone 4700
Vetro (Selce) 3980
Liquidi Acqua (Mare) 1530
Acqua (Distillata) 1498
Etanolo 1207
Metanolo 1103
Gas Idrogeno 1284
Elio 965
Aria 346
Ossigeno 316
Diossido di zolfo 213

Il boom sonico

Quando la velocità di un qualsiasi oggetto supera la velocità del suono si dice che questo stia viaggiando ad una velocità supersonica. Cosa significa esattamente?

Oggetti come i proiettili e gli aerei a reazione viaggiano spesso a velocità supersoniche; quando una sorgente si muove con una velocità superiore a quella del suono da essa generato, produce delle onde d’urto nell’aria che trasportano una grande quantità di energia. La variazione della pressione dell’aria associata a questo tipo di onde d’urto produce un suono molto forte e rumoroso chiamato “boom sonico”. Questa energia è talmente forte che, per esempio, quella generata da un aereo supersonico ha potenza sufficiente per frantumare il vetro e persino danneggiare gli edifici.

Riassumendo

  • Il suono viene prodotto da oggetti che vibrano.
  • Il suono viaggia longitudinalmente attraverso un mezzo fisico.
  • Il suono si diffonde grazie alla presenza di compressioni e rifrazioni nel mezzo.
  • La propagazione del suono consiste nella trasmissione di energia acustica da una particella all’altra (non si tratta, infatti, di uno spostamento di particelle, ma di una trasmissione di energia dall’una all’altra).
  • Il suono non può viaggiare nel vuoto.
  • La velocità del suono dipende in primo luogo dalla natura e dalla temperatura e dello stato del mezzo attraverso il quale si propaga.