Oii, gente! Novamente estou aqui para trazer mais uma curiosidade INCRÍVEL! Por acaso, você sabe por que o gás hélio afina a voz ?!
Não ?! É sobre isso que vamos falar hoje!
Bom, esse fenômeno físico pode ser entendido através da ideia da velocidade do som quando o meio em que o som se propaga é um gás, interessante, não é mesmo ?!
Isso ocorre, pois quando a velocidade muda, as características da onda(seu comprimento) também se alteram, dependendo, é claro, de como a velocidade mudou(se ficou maior ou menor). Perceba que, de modo geral, a velocidade do som em um gás, só depende de duas propriedades do gás: sua massa molar e da razão entre a capacidade calorífica à pressão constante($C_{p}$) e a capacidade calorífica à volume constante($C_{v}$), que, a partir de agora, chamaremos tal razão de “Gama”.
$\gamma$ = $\frac{C_p}{C_v}$
Sabendo disso, agora já podemos explicar porque o gás hélio deixa a voz mais aguda.
Como já discutimos de forma qualitativa a dependência da velocidade do som com as propriedades de um gás qualquer, podemos entender a partir disso que, se comparado ao ar, o gás hélio é mais leve (possui menor massa molar), mas como é um gás monoatômico, possui um $\gamma$ menor que o do ar também. Daí, veja como é a fórmula da velocidade do som em um gás, para que tenhamos uma noção onde o som é mais rápido.
$V_{som}$ = $\sqrt{\frac{\gamma RT}{M_{molar}}}$
Para fazer tal análise, vamos considerar o Ar como sendo composto por 79 % de gás nitrogênio e 21 % de gás oxigênio, assim veja que enquanto a massa molar do hélio é 4 g/mol, a do ar está próxima de 29 g/mol. Analisando os Gamas de cada caso (para o ar e para o gás hélio), percebe-se que a diferença é de aproximadamente igual a “R”(sim, isso mesmo que você pensou. A constante universal dos gases!).
Agora, “basta” calcular a velocidade do som no gás hélio relativa a velocidade do som no ar (isto é, uma razão entre as duas velocidades!), daí saberemos a que possui maior valor, aliás, a que possuir maior valor possuirá uma frequência maior e será mais aguda (vale ressaltar que isso tudo ocorre, pois o gás que estiver sendo sugado, será o meio no qual as pregas vocais irão vibrar, gerando ondas sonoras mais graves ou mais agudas, dependendo do meio).
Vejamos a conta abaixo:
$\frac{V_{He}}{V_{ar}}$=$\sqrt{\frac{M_{ar}\gamma_{He}}{M_{He}\gamma_{ar}}}$
$\gamma_{He}$ = $\frac{5}{3}$
$\gamma_{ar}$ = $\frac{7}{5}$
$\frac{V_{He}}{V_{ar}}$=$\sqrt{\frac{29\times\frac{5}{3}}{4\times\frac{7}{5}}}$
$\frac{V_{He}}{V_{ar}}$=$\sqrt{\frac{725}{84}}$
Assim, concluímos que $V_{He}$(a velocidade do som no Hélio) é maior que $V_{ar}$(a velocidade do som no ar), e por conta disso a frequência do som emitido no caso do Hélio é maior, e portanto é um som mais “fino”, mais agudo!
Por hoje é só, meus caros, espero que tenham entendido esse fenômeno intrigante da física e que tenha lhe instigado a aprender mais e continuar firme nos seus estudos!