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Se você já viu um raio piscar no céu noturno e contou quantos segundos os trovões alcançaram seus ouvidos, você já sabe que a luz viaja muito mais rapidamente que o som. Isso também não significa que o som viaja lentamente; à temperatura ambiente, uma onda sonora percorre mais de 300 metros por segundo (mais de 1.000 pés por segundo). A velocidade do som no ar varia dependendo de vários fatores, incluindo a umidade.
Ondas sonoras
Imagine uma molécula de ar atravessando o espaço e colidindo com um vizinho, de modo que eles se espatifem como um par de bolas de borracha. A segunda molécula agora sai correndo até colidir com outra e assim por diante. Cada uma dessas colisões transfere energia da primeira molécula para a segunda. É assim que as ondas sonoras viajam: as moléculas de ar são forçadas a se mover por um distúrbio como a vibração das cordas vocais na garganta e as colisões transferem essa energia do primeiro conjunto de moléculas de ar para os vizinhos e assim por diante. Por fim, a onda transfere energia, mas não importa, o que significa que é a perturbação que está viajando e não as próprias moléculas de ar.
Rapidez
Quando você fala sobre a velocidade do som, está falando de quanto tempo leva para que a onda sonora ou a perturbação cheguem do local onde começou a sua orelha. A velocidade de uma onda sonora é determinada pelo meio ou material pelo qual a onda está viajando; a mesma onda vai mais rápido no hélio do que no ar, por exemplo. Cada material possui duas propriedades que determinam a rapidez com que transmite o som: sua densidade e sua rigidez ou módulo de elasticidade.
Ar
A "rigidez" do ar ou seu módulo de elasticidade não muda com a umidade. Densidade, no entanto, sim. À medida que a umidade aumenta, também aumenta a porcentagem de moléculas de ar que são moléculas de água. As moléculas de água são muito menos massivas que as moléculas de oxigênio, nitrogênio ou dióxido de carbono; portanto, quanto maior a fração de ar composta por vapor de água, menor a massa por unidade de volume e menor a densidade do ar. Uma densidade mais baixa se traduz em uma viagem mais rápida das ondas sonoras, de modo que as ondas sonoras viajam mais rapidamente em alta umidade. O aumento da velocidade, no entanto, é muito pequeno; portanto, para a maioria dos fins do dia a dia, você pode ignorá-lo. Na temperatura ambiente, o ar ao nível do mar, por exemplo, o som viaja cerca de 0,35% mais rápido em 100% de umidade (ar muito úmido) do que em 0% de umidade (ar completamente seco).
Outros fatores
O efeito da umidade na velocidade do som é um pouco maior em pressões mais baixas do ar, como as que você experimenta em grandes altitudes. A cerca de 6.000 metros (20.000 pés) acima do nível do mar, por exemplo, a diferença entre a velocidade do som no ar seco à temperatura ambiente a 0% de umidade e o mesmo ar a 100% de umidade é de cerca de 0,7%. O aumento da temperatura também aumenta o efeito da umidade na velocidade do som no ar, embora o aumento seja relativamente modesto.