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Os cientistas encontram o limite superior para a velocidade do som
O resultado - cerca de 36 km por segundo - é cerca de duas vezes mais rápido que a velocidade do som no diamante, o material mais resistente conhecido no mundo.
Por Queen Mary, - 09/10/2020


Domínio público

Uma colaboração de pesquisa entre a Queen Mary University of London, a University of Cambridge e o Institute for High Pressure Physics em Troitsk descobriu a velocidade do som mais rápida possível.

O resultado - cerca de 36 km por segundo - é cerca de duas vezes mais rápido que a velocidade do som no diamante, o material mais resistente conhecido no mundo.

Ondas, como ondas sonoras ou de luz , são distúrbios que movem a energia de um lugar para outro. As ondas sonoras podem viajar por diferentes meios, como ar ou água, e mover-se em velocidades diferentes dependendo do que estão passando. Por exemplo, eles se movem através de sólidos muito mais rápido do que através de líquidos ou gases, e é por isso que você pode ouvir um trem se aproximando muito mais rápido se você ouvir o som se propagando nos trilhos em vez de no ar.

A teoria da relatividade especial de Einstein define o limite de velocidade absoluta em que uma onda pode viajar, que é a velocidade da luz, e é igual a cerca de 300.000 km por segundo. No entanto, até agora não se sabia se as ondas sonoras também tinham um limite superior de velocidade ao viajar através de sólidos ou líquidos.

"As ondas sonoras em sólidos já são extremamente importantes em muitos campos científicos. Por exemplo, os sismólogos usam ondas sonoras iniciadas por terremotos no interior da Terra para compreender a natureza da sísmica eventos e as propriedades da composição da Terra. Eles também são do interesse dos cientistas de materiais porque as ondas sonoras estão relacionadas a propriedades elásticas importantes, incluindo a capacidade de resistir ao estresse. "


O estudo, publicado na revista Science Advances , mostra que prever o limite superior da velocidade do som depende de duas constantes fundamentais adimensionais: a constante de estrutura fina e a razão de massa próton-elétron.

Esses dois números já são conhecidos por desempenhar um papel importante na compreensão do nosso Universo. Seus valores finamente ajustados governam as reações nucleares , como o decaimento de prótons e a síntese nuclear em estrelas, e o equilíbrio entre os dois números fornece uma estreita 'zona habitável' onde estrelas e planetas podem se formar e estruturas moleculares de suporte de vida podem emergir. No entanto, as novas descobertas sugerem que essas duas constantes fundamentais também podem influenciar outros campos científicos, como a ciência dos materiais e a física da matéria condensada, estabelecendo limites para propriedades materiais específicas, como a velocidade do som.

Os cientistas testaram sua previsão teórica em uma ampla variedade de materiais e abordaram uma previsão específica de sua teoria de que a velocidade do som deveria diminuir com a massa do átomo. Essa previsão implica que o som é o mais rápido em hidrogênio atômico sólido. No entanto, o hidrogênio é um sólido atômico a uma pressão muito alta acima de 1 milhão de atmosferas apenas, pressão comparável àquelas no núcleo de gigantes gasosos como Júpiter. Nessas pressões, o hidrogênio se torna um fascinante sólido metálico, conduzindo eletricidade, assim como o cobre, e prevê-se que seja um supercondutor à temperatura ambiente. Portanto, os pesquisadores realizaram cálculos de mecânica quântica de última geração para testar essa previsão e descobriram que a velocidade de som no hidrogênio atômico sólido está perto do limite teórico fundamental.

O professor Chris Pickard, professor de Ciência de Materiais da Universidade de Cambridge, disse: "As ondas sonoras em sólidos já são extremamente importantes em muitos campos científicos. Por exemplo, os sismólogos usam ondas sonoras iniciadas por terremotos no interior da Terra para compreender a natureza da sísmica eventos e as propriedades da composição da Terra. Eles também são do interesse dos cientistas de materiais porque as ondas sonoras estão relacionadas a propriedades elásticas importantes, incluindo a capacidade de resistir ao estresse. "

 

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