O limite da velocidade máxima do som é determinado


velocidade máxima do som
© Depositphotos / Andrew Ostrovsky


Pela primeira vez, físicos britânicos e russos calcularam a velocidade máxima possível do som - 36 quilômetros por segundo. Isso é quase o dobro da velocidade do som no diamante, o material mais resistente conhecido no mundo. Os resultados da pesquisa são publicados na revista Science Advances.
A teoria da relatividade especial de Einstein estabelece um limite absoluto para a velocidade com que uma onda pode viajar. É igual à velocidade da luz - cerca de 300 mil quilômetros por segundo. No entanto, até agora não se sabia se as ondas sonoras têm um limite superior de velocidade.
A velocidade do som é determinada pela elasticidade e densidade do meio; é menos em gases e líquidos e mais em sólidos. Portanto, colocando seu ouvido nos trilhos, você pode ouvir o trem se aproximando muito mais cedo do que o barulho que vem do ar.
Cientistas da Queen Mary University of London , Cambridge University e do Troitsk Institute for High Pressure Physics calcularam a velocidade máxima possível do som com base em duas constantes físicas fundamentais adimensionais: a constante de estrutura fina e a proporção de massa de um próton e um elétron.
Sabe-se que esses dois números desempenham um papel fundamental em muitos processos do Universo: o curso de reações como o decaimento de um próton e a fusão nuclear em estrelas depende de seu valor, e o equilíbrio entre esses dois valores define um estreito corredor da "zona habitável" onde os planetas e surgem estruturas moleculares de suporte à vida.
Os autores sugeriram que a velocidade do som deveria diminuir com o aumento da massa atômica. De acordo com essa previsão teórica, que os cientistas testaram em uma ampla gama de materiais, o som mais rápido será o hidrogênio atômico sólido.
No núcleo de gigantes gasosos como Júpiter, onde as pressões excedem um milhão de atmosferas, o hidrogênio é sólido, um metal com propriedades supercondutoras. Depois de realizar cálculos de mecânica quântica complexos, os autores determinaram que a velocidade do som no hidrogênio atômico sólido está próxima do limite teórico fundamental.
“As ondas sonoras em sólidos são importantes em muitas áreas da ciência”, de acordo com um dos autores do estudo Chris Pickard, professor de ciência dos materiais da Universidade de Cambridge, em um comunicado à imprensa da Queen Mary University of London. “Por exemplo, sismólogos usam ondas sonoras. causados ​​por terremotos para compreender a natureza e a estrutura interna da Terra. Eles também são de interesse para os cientistas de materiais, porque determinam as propriedades elásticas dos materiais, sua capacidade de resistir ao estresse. "
Os autores acreditam que os resultados do estudo também terão sérias aplicações científicas, em particular, eles ajudarão a encontrar os limites de parâmetros físicos como viscosidade e condutividade térmica usados ​​em cálculos teóricos relacionados à supercondutividade de alta temperatura, plasma de quark-gluon e a física de buracos negros.
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