O documento discute ondas sonoras e o efeito Doppler, abordando tópicos como propriedades do som, velocidade do som, frequência audível, altura, intensidade e timbre. Também explica ressonadores, nível sonoro, eco, harmônicos, tubos sonoros e como o efeito Doppler opera quando a fonte ou o observador estão em movimento.

1. Ciências da Natureza e
suas Tecnologias – FÍSICA
Ensino Médio, 2ª Série
ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER

2. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
ACÚSTICA

3. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
O QUE É SOM?
São ondas mecânicas que se propagam em meios
materiais.
Imagem: Wilfredor / GNU Free Documentation License.

4. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS E
EFEITO DOPLLER
PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOM
• Os principais efeitos com os quais os engenheiros
de som e músicos têm que lidar são:
• Difração
• Reflexão
• Interferência
• Refração
• Efeitos de transmissão, absorção e dispersão
das ondas (1).

5. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Ondas podem ser longitudinais.
Portanto, as ondas sonoras são
longitudinais.
Imagem: Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain

6. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
LONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO
Imagem: August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain

7. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
VELOCIDADE DO SOM
Vsólido
>
Vlíquido
>
Vgasoso

8. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
FREQUÊNCIA AUDÍVEL
Infrassom Audível Ultrassom
20 Hz 20.000 Hz
VELOCIDADE DO SOM NO AR
340 m/s a 20º
330 m/s a 0ºC

9. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
ALTURA: diferencia sons graves (baixo) de
sons agudos (alto).
Está relacionado à frequência da onda.
agudo
A
grave
A
Imagem: Pluke / Public Domain

10. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
INTENSIDADE (VOLUME): diferencia sons
fortes de sons fracos.
Está relacionado à amplitude da onda.
A A
Fraco Forte
Imagens: Pluke / Public Domain

11. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
TIMBRE: diferencia sons de mesma altura,
mesma intensidade tocados em instrumentos
diferentes.
Está relacionado à forma da onda.
Som Musical Simples
Ruido, rock n’ roll, etc
Imagens: SEE-PE

12. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
RESSONADORES
• Cada instrumento musical possui uma "assinatura“ - um
conjunto de características sonoras a ele associado que
permite uma descrição matematicamente precisa dos sons
que produz.
• Vimos que o som pode ser representado pela soma de
diversas ondas individuais, conhecidas como componentes
de Fourier.
• O resultado acústico da combinação de amplitudes, tempo de
duração de cada um dos harmônicos presentes no som
resultante, tipo do material de que é feito o instrumento e a
forma de excitação do ar produz a forma sonora peculiar de
cada instrumento, conhecida como timbre (2).
Texto extraído do site:

13. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
NÍVEL SONORO é a relação entre a
intensidade do som ouvido e a intensidade
mínima.
LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2
I
  10. log10 ( )
I0
unidade : decibel (dB)

14. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Escritório com
Sussurose máquinas de Sirene de
Riso suave escrever Barco e
Conversas em Tráfego Oficina de Sensação
Limiar de
Lar tranquilo urbano calderaria dolorosa
Sons audição
Intensidade
Sonora (db) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
ECO é a reflexão do som.
Imagem: Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

15. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
HARMÔNICOS
A soma das diversas frequências individuais de uma
onda sonora pode ser representada, genericamente,
como (3):
SOM = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + ...
• Cada termo Ci corresponde a uma determinada
frequência, múltipla da frequência do termo C1.
Chamamos de "série harmônica”.
• Decomposição harmônica do Lá fundamental (Lá4), de
440 Hz:
• Primeiro harmônico (fundamental): 440 Hz.
• Segundo harmônico (primeiro sobretom): 880 Hz
• Terceiro harmônico(segundo sobretom): 1760 Hz

16. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
TUBOS SONOROS
Tubo Sonoro As duas extremidade são
abertas
Aberto
Tubo Sonoro Uma extremidade é fechada
e a outra aberta
Aberto

17. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
PRIMEIRO HARMÔNICO TUBOS ABERTOS
v
v  f  f 

1 1 2l
l  1 
2 1
v 1 v
f1   f1 
1 2l
SEGUNDO HARMÔNICO
2  2 2l
l  2 
2 2
v 2v
f2   f2 
2 2l
Imagens: SEE-PE

18. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
TERCEIRO HARMÔNICO
TUBOS ABERTOS
3  3 2l
l  3 
2 3
v 3 v
f3   f3 
3 2l
QUARTO HARMÔNICO
4  4 2l
l  4 
2 4
v 4v
f4   f4 
4 2l
Imagens: SEE-PE

19. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Tubos abertos para harmônico n
n  n 2l
l  n 
2 n
v nv
fn   fn 
n 2l

20. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
PRIMEIRO HARMÔNICO TUBOS FECHADOS
v
v  f  f 

1 1 4l
l  1 
4 1
v 1 v
f1   f1 
1 4l
TERCEIRO HARMÔNICO
3  3 4l
l  3 
4 3
v 3 v
f3   f3 
3 4l
Imagens: SEE-PE

21. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
QUINTO HARMÔNICO
TUBOS FECHADOS
5  5 4l
l  5 
4 5
v 5v
f5   f7 
5 4l
SÉTIMO HARMÔNICO
7  7 4l
l  7 
4 7
v 7v
f7   f7 
7 4l
Imagens: SEE-PE

22. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Tubos fechados para harmônico n
Sendo n um número ímpar
4  n 4l
l  n 
n n
v nv
fn   fn 
n 4l

23. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
O EFEITO DOPPLER DO SOM
• No efeito Doppler do som, é
necessário distinguir as
situações em que ele é causado
pelo movimento da fonte ou do
Detector
v
observador. Isso porque o som Fonte
propaga-se no ar e ambos
podem ter velocidades relativas
a este. Já para a luz, que se
propaga no vácuo, importa Imagens: SEE-PE
apenas a velocidade relativa
entre a fonte e o observador (4).

24. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
EFEITO DOPPLER
Fonte(VF)
Observador(V) - +
- +

25. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)
f frequência real da fonte
v  vo
f  f .(
´
)
v  vF
v  velocidade do som
vo  velocidade do observador
vF  velocidade da fonte

26. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
CONCLUSÃO
•Essa assinatura mostra que a Física está direta e intimamente ligada aos
detalhes da percepção musical. Física e Música... a Arte, de um modo geral,
nunca serão objetivas e precisas a ponto de serem uma unanimidade, mas
a simetria e a beleza observadas nas leis que governam a combinação das
estruturas matemáticas, usadas na descrição dos sons, guardam estreita
relação com a área da Música conhecida como Harmonia.
Nossa proposta foi apresentar alguns dos princípios em que a Acústica se
baseia, os mecanismos de produção de som, o conceito das séries e da
análise de Fourier e algumas das diferenças entre sons produzidos por
diversos instrumentos e voz humana. Com isso, obtivemos os elementos
necessários para distinguir sons gerados por diferentes instrumentos
musicais mediante a análise da sua série harmônica ou “assinatura sonora”.
•Assim, a Física e a Matemática permitem a descrição e a compreensão
objetivas das infinitas possibilidades de combinação de sons criadas pelos
grandes mestres da Música. Elas podem ser vistas em vez de ouvidas na
análise dos sons de suas obras e no perfeito equilíbrio entre as formas de
onda instintivamente combinadas para formá-las.
Texto extraído do site: http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf

27. FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
FIM DA AULA

28. Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do
Acesso
3 Wilfredor / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marac 28/03/2012
License. a_tambor_y_furruco.svg
5 Popular Science Monthly Volume 13 / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSM_V 28/03/2012
Public Domain 13_D058_Sound_waves_2.jpg?uselang=pt-br
6 August Adolf Eduard Eberhard Kundt / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kundt_ 28/03/2012
Public Domain tube.png
7 Zina Deretsky, National Science http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hearin 28/03/2012
Foundation, USA/ Public Domain g_mechanics.jpg
9 e 10 Pluke / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CPT- 28/03/2012
sound-pitchvolume.svg
11, 17, 18, 20, SEE-PE. SEE-PE. 28/03/2012
21 e 23
14 Marek Mazurkiewicz / Creative 28/03/2012
Commons Attribution-Share Alike 3.0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chirop
Unported. tera_echolocation.svg