Como o mundo continua a procurar fontes alternativas de combustível para alimentar seu apetite insaciável por energia, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis, uma nova fonte pode estar em um lugar inesperado: os sons que nos rodeiam. Investigações sobre a energia sonora estão em andamento há muitos anos, mas o uso do som como fonte de energia ainda está em seus estágios iniciais. Este artigo examinará o que se entende por energia sonora, seus vários usos e sua viabilidade como fonte alternativa de energia.
O Que É Energia Sonora?
existem muitos tipos diferentes de energia, e a energia sonora resulta das vibrações das ondas sonoras.
mas como isso realmente acontece? Quando uma perturbação faz com que um objeto ou substância vibre, a energia produzida pela vibração viaja através do objeto como ondas sonoras. O objeto ou substância Vibratória deve ser sólido, líquido ou gás. Algo tão básico como acenar com as mãos em uma substância como o ar causaria vibrações suficientes levando a ondas sonoras. As ondas sonoras produzidas por esses meios não são altas o suficiente para serem ouvidas pelos humanos, mas o princípio é o mesmo para as ondas sonoras que são audíveis para nossos tímpanos. As vibrações fazem com que as moléculas da substância esbarrem umas nas outras e criem um efeito de impacto que leva à produção de ondas sonoras.
existem dois tipos principais de ondas: ondas longitudinais (ou de compressão) e ondas transversais. As ondas longitudinais são formadas quando as ondas se movem na mesma direção que a força que atua sobre a substância. As áreas onde as ondas são mais compactas são chamadas de compressões; as áreas onde as ondas são mais estendidas são chamadas de rarefações.
as ondas transversais, por outro lado, movem-se em uma direção perpendicular à força aplicada. Considerando que as ondas longitudinais podem ocorrer em qualquer uma das três substâncias-sólidos, líquidos ou gases—as ondas transversais só podem se mover através de sólidos. As vibrações que produzem essas ondas sonoras são sentidas por nossos ouvidos, o que então faz sentido delas. Para que os ouvidos humanos detectem uma vibração sonora, ela deve se mover em qualquer lugar entre 20 vibrações por segundo e 20.000 vibrações por segundo. Mais vibrações sonoras por segundo indicam um som agudo mais alto. Essas vibrações sonoras são medidas em Hertz, denotando a frequência de um som.
no entanto, o volume de um som é medido em decibéis (dB), com a conversa normal em torno de 60 dB.
Como A Energia Sonora É Usada?
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embora a atenção à energia sonora como um possível substituto para outras fontes de energia seja um fenômeno relativamente novo, existem exemplos de energia sonora que nós, humanos, usamos há muito tempo para atividades vitais.
um exemplo de energia sonora contribuiu para salvar vidas. Quando os pilotos resgatam um avião que está passando por problemas no motor e descem no mar, eles podem liberar uma pequena carga explosiva que emite energia sonora. O som de um pequeno explosivo viaja milhares de metros no oceano profundo porque está preso no canal de som profundo, conhecido como SOFAR ou sound Fixing and Ranging Channel. O som pode então ser captado por dispositivos especiais no oceano e a localização do piloto abatido verificada, permitindo seu resgate.
outro exemplo de energia sonora é aquele que é familiar para muitos de nós—o uso de ultra-som. O ultra-som é composto de ondas longitudinais de alta frequência que podem ser usadas para quebrar cálculos biliares e renais. Também é comumente usado para fins de imagem médica durante a gravidez de uma mulher.
um terceiro exemplo de energia sonora é um que normalmente não está associado aos seres humanos-ecolocalização. É de conhecimento geral que animais como golfinhos, baleias e morcegos usam ecolocalização para ajudá-los a navegar e caçar. Essas criaturas enviam ondas sonoras que saltam de objetos e retornam a eles como ecos, o que indica a localização de presas ou obstáculos em seu caminho.
mas você sabia que alguns humanos também usam ecolocalização? Algumas pessoas cegas e com deficiência visual fazem isso fazendo sons de clique com a língua ou tocando com os bastões. As ondas sonoras que eles criam saltam de objetos e servem para informá-los sobre sua localização, tamanho e textura.
A Energia Sonora Pode Substituir Os Combustíveis Fósseis?
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os pesquisadores têm investigado a energia sonora como uma das formas renováveis de energia nas últimas décadas. Os pesquisadores estão interessados nisso porque a energia sonora contém dois tipos de energia mecânica—potencial e cinética—o que significa que ela tem a capacidade de fazer o trabalho. Saiba mais em nosso guia que explica a diferença entre energia potencial e cinética. No entanto, a tecnologia para aproveitar a energia sonora como fonte de energia ainda não atingiu o estágio em que pode ser usada em escala. Por exemplo, o som de uma broca pneumática, algo que a maioria de nós acha muito intenso, gera apenas um centésimo de watt de energia por metro quadrado, enquanto a energia solar na mesma área produziria até 680 watts. No entanto, a difusão dos sons em nosso ambiente torna o aproveitamento da energia sonora para o poder uma perspectiva tentadora. Os cientistas se referem a isso como captação de energia acústica, e a pesquisa sobre seu potencial como fonte de energia se concentrou principalmente em três tecnologias: ressonadores Helmholtz, metamateriais acústicos e motores termoacústicos. Vamos dar uma olhada em todos os três.
os ressonadores Helmholtz
os ressonadores Helmholtz são usados para amplificar ou absorver o som. Em um experimento, os pesquisadores aproveitaram essa propriedade para capturar e amplificar sons em uma estação ferroviária. Eles então converteram a energia sonora em energia elétrica com a ajuda de um módulo gerador de eletricidade. A potência resultante foi suficiente para operar pequenos dispositivos eletrônicos.
metamateriais acústicos
esses tipos de materiais são projetados para manipular ondas sonoras para atingir um objetivo específico. Aqueles que estão sendo desenvolvidos para aproveitar a energia sonora amplificam as ondas sonoras recebidas e concentram a energia das ondas sonoras para permitir sua conversão em energia elétrica. Estruturas piezoelétricas são comumente usadas para projetar metamateriais acústicos.
motores Termoacústicos
esses tipos de motores convertem calor em energia sonora da qual a energia elétrica é então colhida. Os motores termoacústicos são considerados uma tecnologia fácil e confiável de usar. No entanto, ele depende de uma fonte de alimentação externa para impulsionar seu processo de colheita de energia, ao contrário dos outros dois. Entre suas aplicações está a recuperação de calor residual de exaustão de automóveis para reduzir as emissões, que é então convertida em energia sonora a partir da qual a energia elétrica é colhida.
no entanto, esses métodos de coleta de energia acústica são limitados em sua aplicação no mundo real. Uma razão é que alguns métodos funcionam apenas com uma faixa estreita de frequências, enquanto muitos dos sons disponíveis para a colheita de som na vida moderna estão na faixa de freqüência de banda larga. Uma limitação aliada é que as áreas usadas para coletar sons, como no caso de metamateriais acústicos, são tipicamente muito pequenas, portanto, pouca energia pode ser coletada.
a energia sonora é uma fonte de Energia Renovável?
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o uso de energia da acústica como fonte de energia renovável ainda está mais em seus estágios experimentais. Um desses experimentos capturou o ruído gerado em três estações de ônibus. Com o auxílio de metamateriais acústicos, ou seja, piezoelétricos, converteu esse ruído em energia elétrica. Os pesquisadores disseram que seu objetivo era reduzir o uso de fontes de energia não renováveis, criando “energia elétrica sustentável verde” que poderia ser usada para alimentar postes de luz. Os locais onde eles capturaram o som rotineiramente tinham níveis de ruído de cerca de 80 decibéis e a energia captada produzia cerca de 0,024 watt-hora de uma área de cerca de 1,5 metros ao quadrado. No entanto, algumas empresas parecem ter feito progressos com o uso dessa forma de energia em escala comercial. Um departamento de tecnologia financiada por energia, conhecido como ResonantAcoustics Mixing (RAM), desenvolvido pela Resodyn Corp. é comercializado para uso em indústrias que fazem a mistura como uma parte importante de seu processo de produção.
vibrações sonoras são usadas para misturar líquidos e pastas, como na fabricação de cerâmica, alimentos e produtos farmacêuticos, e para tratamento de água. Até agora, a empresa vendeu os misturadores nos EUA e no exterior e introduziu misturadores de capacidades amplamente variadas.
outra aplicação comercial de energia sonora como energia renovável está sendo feita pela fabricante de aeronaves Boeing. A empresa registrou uma patente em 2015 para uma tecnologia que colheria os sons de jatos decolando nos aeroportos e converteria esse som em eletricidade para uso como energia.
mais uma aplicação patenteada de energia sonora foi desenvolvida por pesquisadores da RMIT University, na Austrália. Os cientistas patentearam uma tecnologia que usa ondas sonoras de alta frequência para fornecer vacinas por inalação, em vez de usar agulhas. Uma aplicação ainda mais realista da tecnologia de energia sonora envolve um fogão sônico desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Nottingham, que usa energia sonora para produzir eletricidade para alimentar fogões. Os fogões, que produzem 36 watts de eletricidade, foram testados na Ásia. É considerada uma tecnologia transformadora, uma vez que muitas pessoas na África subsaariana e em algumas partes da Ásia não têm fornecimento de eletricidade.
A Energia Sonora Pode Ser Armazenada?
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o mesmo problema que impediu a absorção da maioria das formas de energia renovável por vários anos surge com energia sonora: como você armazena a energia depois de capturá-la? Normalmente, qualquer tipo de onda mecânica, incluindo ondas sonoras, mudará sua forma ao entrar em contato com um objeto. Parte dela será absorvida pelo material com o qual entra em contato ou será espalhada. Quando as ondas sonoras são absorvidas, elas se tornam outra forma de energia.
os pesquisadores desenvolveram uma maneira de armazenar energia sonora até que seja necessária para que seja convertida em energia elétrica apenas sob demanda. Conhecida como absorção Virtual coerente, a técnica basicamente interrompe a maneira como as ondas sonoras normalmente interagem com os materiais para permitir que a energia seja armazenada em vez de ser perdida ou transformada em energia elétrica antes que seja necessária. Quase duas décadas atrás, uma patente foi registrada para uma tecnologia para armazenar energia do som. Envolve o uso de volantes que armazenariam energia elétrica por longos períodos e foi considerado um dispositivo particularmente útil para armazenamento em áreas remotas.
se alguma dessas tecnologias e patentes acabará por decolar e se tornar mainstream ou desenvolvido para uso em escala continua a ser visto. Mas eles destacam que os pesquisadores estão se envolvendo com o desafio urgente de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis poluentes que estão impulsionando as mudanças climáticas e os desastres naturais em todo o mundo. Portanto, tais esforços devem ser aplaudidos.
A Energia Sonora É Apenas Para Seus Ouvidos? Como mostra este artigo, a energia sonora faz muito mais do que atender às necessidades de nós, humanos, de nos comunicarmos, seja através do uso de instrumentos musicais ou da fala. O artigo mostrou algumas das muitas aplicações possíveis da ciência por trás da maneira como a energia sonora viaja por causa das moléculas de ar e das inovações tecnológicas que estão sendo alcançadas. Essa pesquisa talvez leve a dispositivos que usam acústica que proporcionam às pessoas com deficiência visual uma independência ainda maior. Também pode haver descobertas de novas maneiras de localizar pessoas ou objetos perdidos ou aproveitar esse recurso renovável para eletricidade.
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