As perguntas que as crianças fazem sobre a ciência nem sempre são fáceis de responder. Às vezes, seus pequenos cérebros podem levar a lugares grandes que os adultos se esquecem de explorar. Com isso em mente, iniciamos uma série chamada Science Question From a Toddler, que usará a curiosidade das crianças como um ponto de partida para investigar as maravilhas científicas que os adultos nem pensam em perguntar. As respostas são para adultos, mas não seriam possíveis sem a maravilha que só uma criança pode trazer. Quero que as crianças da sua vida façam parte disso! Envie-me suas perguntas de ciências e elas podem servir de inspiração para uma coluna. E agora, nosso filho pequeno…

P: Quero ouvir qual é a coisa mais barulhenta do mundo! – Kara Jo, 5 anos

Não. Não, você realmente não quer. Veja, há uma coisa sobre o som que até mesmo nós adultos tendemos a esquecer – não é um arco-íris brilhante flutuando sem conexão com o mundo físico. O som é mecânico. Um som é um empurrão – apenas um pequeno, um toque na membrana bem esticada de seu tímpano. Quanto mais alto o som, mais forte é a batida. Se um som for alto o suficiente, ele pode abrir um buraco no seu tímpano. Se um som for alto o suficiente, ele pode atingir você como um linebacker e derrubá-lo de bunda. Quando a onda de choque de uma bomba nivela uma casa, isso é som quebrando tijolos e estilhaçando vidro. O som pode matar você.

Considere este pedaço da história: na manhã de 27 de agosto de 1883, fazendeiros em um acampamento de ovelhas nos arredores de Alice Springs, Austrália, ouviram um som semelhante a dois tiros de um rifle. Naquele exato momento, a ilha vulcânica de Krakatoa, na Indonésia, estava se explodindo em pedaços a 2.233 milhas de distância. Os cientistas acreditam que este é provavelmente o som mais alto que os humanos já mediram com precisão. Não apenas há registros de pessoas ouvindo o som do Krakatoa a milhares de quilômetros de distância, mas também há evidências físicas de que o som da explosão do vulcão viajou ao redor do mundo várias vezes.

Agora, ninguém ouviu Krakatoa na Inglaterra ou Toronto. Não houve um “boom” audível em São Petersburgo. Em vez disso, o que esses lugares registraram foram picos de pressão atmosférica – o próprio ar ficou tenso e soltou com um suspiro, conforme as ondas de som do Krakatoa passavam. duas lições importantes sobre o som: primeiro, você não precisa ser capaz de ver a coisa mais alta do mundo para ouvi-la. Em segundo lugar, só porque você não consegue ouvir um som, não significa que ele não seja lá. O som é poderoso e difundido e nos rodeia o tempo todo, quer estejamos cientes disso ou não.

Em geral, nosso mundo é muito mais lotado do que pensamos que é. Todos vivemos a vida como Maria von Trapp, balançando os braços em um campo vazio. Na verdade, somos mais como os passageiros do metrô às 17h – cercados em todas as direções pelas moléculas que compõem o ar ao nosso redor. Estale os dedos e empurra as partículas ao seu lado. Conforme elas se mexem, elas se chocam com as partículas ao lado delas, que, por sua vez, n, empurre as partículas ao lado deles.

Esses movimentos são o que os barômetros do mundo estavam medindo após a erupção do Krakatoa. Novamente, pense em estar em um vagão de trem lotado. Se você fosse verificar a pessoa que está ao seu lado – o que eu não recomendo – ela ficaria tensa e fugiria de você. No processo, eles provavelmente esbarrariam na próxima pessoa, que ficaria tensa e se afastaria deles. (Também haveria troca de palavras, mas isso não é pertinente ao nosso experimento mental nem adequado para crianças.) Enquanto isso, entretanto, a pessoa original com quem você topou relaxou. O padrão viaja pela multidão – bump-tens-wiggle-suspiro, bump-tens-wiggle-suspiro.

É assim que uma onda sonora se parece. É também por isso que você não consegue ouvir sons no espaço. Estar no vácuo é como estar em um vagão de metrô vazio – não há meio molecular para o padrão de movimento, tensão e liberação viajarem. Da mesma forma, o som viaja de maneira um pouco diferente na água do que no ar, porque as moléculas na água são mais compactadas – um vagão do metrô de Tóquio em comparação com um em Nova York.

Por exemplo, o animal mais barulhento da Terra pode, de fato, viver no oceano. Cachalotes usam ecolocalização para navegar, semelhante ao que os morcegos usam – eles fazem um som de clique e podem descobrir o que está por perto pela forma como a onda sonora ricocheteia em objetos e retorna a eles. O clique de um cachalote tem 200 decibéis, a unidade usada para medir a intensidade de um som, disse Jennifer Miksis-Olds, professora associada de acústica da Penn State. Para lhe dar uma noção da escala, o som mais alto que a NASA já gravou foi o primeiro estágio do foguete Saturn V, que atingiu 204 decibéis.

Mas a baleia não é realmente tão alto quanto o foguete, ela me disse. Como a água é mais densa que o ar, o som na água é medido em uma escala de decibéis diferente.No ar, o cachalote ainda seria extremamente alto, mas significativamente menos – 174 decibéis. Isso é aproximadamente equivalente aos níveis de decibéis medidos no barômetro mais próximo, 160 quilômetros de distância da erupção do Krakatoa, e é alto o suficiente para romper os tímpanos das pessoas. É suficiente dizer que você provavelmente não quer gastar muito tempo nadando com cachalotes.

Como o som tem tudo a ver com o movimento de objetos invisíveis, também é possível que esse movimento aconteça e você não o ouça. Isso ocorre porque as moléculas têm que se mexer exatamente quando atingem nosso tímpano. Se o movimento está passando pela multidão de moléculas muito devagar ou muito rápido, nosso corpo não pode transferir esse movimento em sinais que nosso cérebro entende. Isso é chamado de frequência e é medido em hertz. Os humanos podem ouvir uma faixa bastante ampla – 64 hertz a 23.000 hertz.1

Mas hertz e decibéis são independentes um do outro. Um som pode ser extremamente alto e ainda estar em uma frequência que não podemos ouvir. Isso foi o que viajou até a Inglaterra e além após a erupção do Krakatoa: ondas sonoras que eram inaudíveis para os humanos. Como as ondas sonoras de frequência extremamente baixa podem viajar muito, muito mais longe do que as frequências mais altas, são especificamente os sons de baixa frequência que podem fazer esses tipos de jornadas épicas. Os cientistas chamam isso de infra-som, e eles estão ouvindo por uma série de razões. A Organização do Tratado de Proibição de Testes Nucleares Abrangentes tem 60 estações de monitoramento em 35 países e usa infra-som para detectar detonações nucleares ilegais. O USArray, que é administrado por um consórcio de universidades e agências governamentais, mede o infra-som em todo o continente norte-americano como forma de aprendizado sobre sismologia. Ambas as redes usam microbarômetros e microfones de baixa frequência, rastreando o infra-som moderno de maneira semelhante à maneira como os cientistas rastreavam o infra-som do Krakatoa.

E há muitos, muitos sons para rastrear, disse Michael Hedlin. Ele e sua esposa, Catherine de Groot-Hedlin, dirigem o Laboratório de Acústica Atmosférica do Scripps Institution of Oceanography e estudam dados de infra-som. Hedlin pode processar esses dados – essencialmente apenas acelerá-los – para que se tornem audíveis aos ouvidos humanos. Sons de fantasmas feitos carne.

Os sensores de Hedlin ouvem tempestades passando por centenas de quilômetros de distância. Eles ouvem os sons da mineração de carvão conforme ela acontece no próximo estado. E então há os sons mais constantes. O vento sopra. As ondas do oceano se chocam. Os sinais inaudíveis viajam centenas de quilômetros, às vezes milhares. Quando liguei para ele de Minneapolis sem litoral, Hedlin me disse: “Você provavelmente está imerso em sons do oceano que não consegue ouvir.”

Milton Garces, o diretor de o Infrasound Laboratory do Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology, concordou. Em particular, ele me disse que dois sons interferem na rede do Tratado de Proibição de Testes Nucleares, porque eles são tão constantes, tão difundidos e tão altos. Primeiro são os microbaroms , que acontecem nas bordas das tempestades no mar, quando duas ondas do oceano viajando em direções opostas se encontram, amplificando-se em uma onda maior do que qualquer uma delas sozinha. A outra é apenas o som do vento – que pode atingir níveis de decibéis infra-som equivalentes aos de uma motocicleta. “Desenvolvemos nosso limiar auditivo para não enlouquecer”, disse-me Garces. “Se tivéssemos percepção auditiva naquela banda, seria difícil de se comunicar. Está sempre lá.”

Mesmo com essa proteção, infra-sons extremamente altos ainda podem ter um impacto em nossos corpos. Humanos expostos a infra-sons acima 110 decibéis experimentam mudanças na pressão arterial e nas taxas respiratórias. Eles ficam tontos e têm problemas para manter o equilíbrio. Em 1965, um experimento da Força Aérea descobriu que humanos expostos a infra-som na faixa de 151-153 decibéis por 90 segundos começaram a sentir seus tórax se movendo sem seu controle. Em um decibel alto o suficiente, as mudanças de pressão atmosférica do infra-som podem inflar e esvaziar os pulmões, servindo efetivamente como um meio de respiração artificial.

E é por isso, Kara Jo, que eu não não quero responder à sua pergunta sem também falar sobre o som mais alto que você não consegue ouvir. Seria o meteoro de Chelyabinsk, que explodiu no céu sobre o sul da Rússia, perto da fronteira entre a Europa e a Ásia, em 15 de fevereiro de 2013. Tes Os sensores do Tratado t-Ban detectaram o infra-som a mais de 9.000 milhas da fonte e as ondas sonoras circundaram o globo. O sensor mais próximo ficava a 435 milhas de distância, disse-me Garces, e mesmo a essa distância o nível de decibéis do infra-som atingiu 90. Acontece que as coisas não precisam dizer “boom” para explodir.