Ondas sonoras são ondas de pressão que viajam através da crosta terrestre, corpos de água e atmosfera. As frequências naturais do som especificam os atributos de frequência das ondas sonoras que irão induzir eficazmente a vibração num corpo (por exemplo, a membrana timpânica do ouvido) ou que resultam naturalmente da vibração desse corpo.
Ondas sonoras são criadas por uma perturbação que depois se propaga através de um meio (por exemplo, crosta, água, ar). Partículas individuais não são transmitidas com a onda, mas a propagação da onda faz com que as partículas (por exemplo, moléculas individuais do ar) oscilem em torno de uma posição de equilíbrio.
Todos os objetos têm uma freqüência natural única de vibração. A vibração pode ser induzida pela perturbação forçada directa de um objecto ou pela perturbação forçada do meio em contacto com um objecto (por exemplo, o ar ou a água circundante). Uma vez excitados, todos esses vibradores (isto é, corpos vibratórios) tornam-se geradores de ondas sonoras. Por exemplo, quando uma rocha cai, o ar circundante e a crosta impactada sofrem oscilações sinusoidais e geram uma onda sonora.
Os corpos vibratórios também podem absorver ondas sonoras. Os corpos vibrantes podem, no entanto, vibrar eficientemente apenas em certas frequências chamadas frequências naturais de oscilação. No caso de um garfo oscilante, se uma onda sonora senoidal em movimento tiver a mesma frequência que a onda sonora produzida naturalmente pelas oscilações do garfo oscilante, a onda de pressão em movimento pode induzir vibração do garfo oscilante nessa frequência específica.
Ressonância mecânica ocorre com a aplicação de uma força periódica na mesma frequência que a frequência de vibração natural. Consequentemente, à medida que as flutuações de pressão numa onda sonora de vibração ressonante atingem os dentes do garfo, os dentes experimentam forças sucessivas em intervalos apropriados para produzir a geração de som à vibração natural ou à frequência sonora natural. Se a onda de viagem ressonante continuar a exercer força, a amplitude de oscilação do garfo oscilante aumentará e a onda sonora que emana do garfo oscilante tornar-se-á mais forte. Se as frequências estiverem dentro do alcance da audição humana, o som vai parecer crescer mais alto. Os cantores são capazes de partir vidro cantando em voz alta uma nota na frequência vibracional natural do vidro. As vibrações induzidas no vidro podem tornar-se tão fortes que o vidro excede o seu limite elástico e parte-se. Fenómenos semelhantes ocorrem em formações rochosas.
Todos os objectos têm uma frequência natural ou um conjunto de frequências em que vibram.
Ondas sonoras podem potenciar ou cancelar de acordo com o princípio da sobreposição e se estão em fase ou fora de fase uns com os outros. Ondas de todas as formas podem sofrer interferências construtivas ou destrutivas. Ondas sonoras também apresentam mudanças de Doppler – uma mudança aparente na frequência devido ao movimento relativo entre a fonte de emissão sonora e o ponto de recepção. Quando as ondas sonoras se movem em direção a um observador, o efeito Doppler desloca as freqüências observadas mais alto. Quando as ondas sonoras se afastam de um observador, o efeito Doppler desloca as freqüências observadas mais para baixo. O efeito Doppler é comum e facilmente observado na passagem de aviões, trens e automóveis.
A velocidade de propagação de uma onda sonora depende da densidade do meio de transmissão. As condições meteorológicas (por exemplo, temperatura, pressão, umidade, etc.) e certas características geofísicas e topográficas (por exemplo, montanhas ou colinas) podem obstruir a transmissão do som. A alteração das ondas sonoras pelas condições meteorológicas normalmente encontradas é geralmente insignificante, exceto quando as ondas sonoras se propagam por longas distâncias ou emanam de uma fonte de alta freqüência. Nos casos extremos, as condições atmosféricas podem dobrar ou alterar a transmissão das ondas sonoras.
A velocidade do som através de um fluido – incluindo nesta definição de “fluido” – são gases atmosféricos – dependendo da temperatura e densidade do fluido. As ondas sonoras viajam mais rapidamente a uma temperatura e densidade mais elevadas do meio. Como resultado, em uma atmosfera padrão, a velocidade do som (refletida no número de Mach) diminui com o aumento da altitude.
As condições meteorológicas que criam camadas de ar a temperaturas drasticamente diferentes podem refratar as ondas sonoras.
A velocidade do som na água é aproximadamente quatro vezes mais rápida do que a velocidade do som no ar. A sonorização SONAR do terreno oceânico é uma ferramenta comum dos oceanógrafos. Propriedades como pressão, temperatura e salinidade também afectam a velocidade do som na água.
Porque o som viaja tão bem debaixo de água, muitos biólogos marinhos argumentam que a introdução do ruído causado pelo homem (por exemplo, ruído do motor, cavitação da hélice, etc.) nos oceanos nos últimos dois séculos interfere com métodos de comunicação sonora anteriormente bem adaptados evolutivamente entre animais marinhos. Por exemplo, foi demonstrado que o ruído provocado pelo homem interfere com a comunicação de longo alcance das baleias. Embora as implicações a longo prazo desta interferência não sejam totalmente compreendidas, muitos biólogos marinhos temem que esta interferência possa ter impacto no acasalamento das baleias e levar a mais reduções ou extinção da população.
Veja também Aerodinâmica; Composição e estrutura da atmosfera; Camadas de inversão atmosférica; Espectro electromagnético; Transformações energéticas; Sismógrafo; Sismologia