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ACÚSTICA



FABIANA DE SOUSA SANTOS GONGALVES
   Escola Estadual Constantino Fernandes
                    2012
A acústica é o ramo da física que estuda o
som. O som é um fenômeno ondulatório
causado pelos mais diversos objetos e se
propaga através dos diferentes estados
físicos da matéria.
O som faz parte de nossas informações cotidianas,
isso porque através dele podemos analisar o meio
onde nos encontramos.
Com uma importância inevitável em nossas vidas, o
som está presente também na arquitetura, através
da acústica, onde são eliminados ruídos em excesso,
como em locais públicos tais como igrejas, teatros e
auditórios.
Já na medicina, a acústica é utilizada para verificar
nossa audição, e desenvolver equipamentos capazes
de melhorá-la.
Vamos então definir o som como uma onda
longitudinal, que se propaga em um meio qualquer,
cuja frequência varia entre 16 e 20 000 Hz.
O som é definido como a propagação de uma
frente de compressão mecânica ou onda
longitudinal, se propagando
tridimensionalmente pelo espaço e apenas em
meios materiais, como o ar ou a água. Para que
esta propagação ocorra, é necessário que
aconteçam compressões e rarefações em
propagação do meio. Estas ondas se propagam
de forma longitudinal.
Quando passa, a onda sonora não arrasta as
partículas de ar, por exemplo, apenas faz com
que estas vibrem em torno de sua posição de
equilíbrio.
Fixemos uma lâmina de
                            aço muito fina para que
                            ela possa oscilar
                            conforme indica a figura
                            ao lado.




Deslocando a lâmina , ela começa a oscilar para direita e
para esquerda. Esse movimento alternado provoca
compressões e expansões no ar em contato com a lâmina,
produzindo ondas longitudinais chamadas ondas sonoras.
Produção do som
A produção do som é constituída de
toda matéria em movimento
vibratório.

As ondas sonoras são ondas
longitudinais, em que as vibrações
coincidem com a direção de
propagação, podendo ser essa direção
unidimensional (que se propagam em
uma direção), bidimensional (se
propagam no plano) e tridimensional
(se propagam em todas as direções).
Onda longitudinal é uma onda que
vibra na mesma direção em que se
propaga.
Exemplo: Quando vibramos uma mola
esticada para a frente e para
trás, como se estivéssemos
comprimindo ela e descomprimindo-
a, esta onda provocada na mola é uma
onda longitudinal, ou seja... ela tem a
vibração na mesma direção de
propagação. Pode-se ver os anéis da
mola se movendo para frente e para
trás.
Esse tipo de onda propaga-se nos
sólidos, líquidos e gases, pois é uma
onda mecânica.
Transmissão do som

A transmissão do som é possível
porque a maioria deles nos alcança em
razão da influência do ar, ou seja, o
ar age como agente transmissor do
som. Os sons não se propagam no
vácuo pelo fato de exigirem um meio
material afim de que sua propagação
aconteça.
A transmissão do som é melhor nos
sólidos que nos líquidos, e nos líquidos
é melhor que nos gases.
O efeito combinado de compressão e
rarefação simultâneo transfere
energia das moléculas do ar da
esquerda para a direita, ou da direita
para a esquerda na direção do
movimento da lâmina, produzindo
ondas longitudinais, nas quais as
moléculas do ar se movimentam para
frente e para trás, recebendo energia
das moléculas mais próximas da fonte
e transmitindo-a para as moléculas
mais afastadas dela, até chegarem ao
ouvido.
No ouvido, as ondas atingem uma
membrana chamada tímpano. O
tímpano passa a vibrar com a mesma
frequência das ondas, transmitindo
ao cérebro, por impulsos elétricos, a
sensação denominada som.
As ondas sonoras audíveis são
produzidas por:
• vibração de cordas
• vibração de colunas de ar
• vibração de discos e membranas
O Som é uma onda mecânica que
possui a intensidade e frequência
necessárias para ser percebida pelo
ser humano. Entendemos como onda
mecânica uma onda que precisa de
meios materiais, como o ar ou o
solo, para se propagar. As frequências
audíveis pelo ouvido humano ficam
entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz).
Dentro desta faixa a encontram-se a
voz
humana, instrumentos, musicais, alto-
falantes, etc.
O som musical, que provoca sensações
agradáveis, é produzido por vibrações
periódicas. O ruído, que provoca sensações
desagradáveis, é produzido por vibrações
aperiódicas.
O diapasão, que é um instrumento
utilizado para afinar instrumentos
musicais, é um bom instrumento
sonoro. Posto a vibrar por um golpe
de martelo de borracha, suas hastes
emitem determinada nota musical:
Os dispositivos que produzem ondas
sonoras são chamados de fontes sonoras.
Entre os que mais se destacam estão aqueles
compostos por:
•Cordas vibrantes como violão o piano, as
cordas vocais etc.
•Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.
•Membranas e placas vibrantes tal como o
tambor
•Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo,
etc.
A maioria dos sons chega ao ouvido
transmitida pelo ar, que age como meio de
transmissão.
 Nas pequenas altitudes, os sons são bem
audíveis, o que não ocorre em altitudes
maiores, onde o ar é menos denso.
 O ar denso é melhor transmissor do som
que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas
estão mais próximas e transmitem a energia
cinética da onda de umas para outras com
maior facilidade.
Os sons não se transmitem no vácuo,
porque exigem um meio material para sua
propagação.
 De uma maneira geral, os sólidos
transmitem o som melhor que os líquidos,
e estes, melhor do que os gases.
 Observe a tabela que apresenta a
velocidade de propagação do som a 25°C.
A audição humana considerada normal
consegue captar frequências de onda
sonoras que variam entre
aproximadamente 20Hz e 20000Hz. São
denominadas ondas de infra-som, as ondas
que tem frequência menor que 20Hz, e
ultra-som as que possuem frequência acima
de 20000Hz.
De maneira que:
 A velocidade do som na água é
aproximadamente igual a 1450m/s e
no ar, à 20 C é 343m/s.
A experiência mostra que o som pode
se propagar em qualquer meio natural
sólido, líquido ou gasoso.
A tabela a seguir apresenta a
velocidade do som em alguns meios:

      Meio Velocidade (m/s)
        Ar        346
      Água       1498
      Ferro      5200
      Vidro      4540
     Alumínio    5000
Se a energia emitida pela fonte é
grande, isto é, se o som é muito
forte, temos uma sensação
desagradável no ouvido, pois a
quantidade de energia transmitida
exerce sobre o tímpano uma pressão
muito forte.
 Quanto maior a vibração da fonte,
maior a energia sonora, logo:

Quanto maior a amplitude da
onda, maior a intensidade do som.
Em homenagem ao cientista norte-americano
Graham Bell (1847-1922), que estudou o som e
inventou o telefone, a intensidade sonora é
medida em bel (B) ou decibéis (dB).
Os sons muito intensos são desagradáveis ao
ouvido humano. Sons com intensidades acima de
130 dB provocam uma sensação dolorosa e sons
acima de 160 dB podem romper o tímpano e causar
surdez.
 De acordo com a frequência, um som pode ser
classificado em agudo ou grave. Essa qualidade é
chamada altura do som.

Sons graves ou baixos têm frequência
menor.
Sons agudos ou altos têm frequência
maior.
A propagação do som em meios gasosos
depende fortemente da temperatura do
gás, é possível inclusive demonstrar
experimentalmente que a velocidade do
som em gases é dada por:
  Onde:
k=constante que depende da natureza do
gás;
T=temperatura absoluta do gás (em
kelvin).
Como     exemplo   podemos    tomar   a
velocidade de propagação do som no ar à
temperatura de 15 (288K), que tem valor
340m/s.
Sabendo que à 15 C o som se propaga à 340m/s, qual
será sua velocidade de propagação à 100 C?
Lembrando que:
            15 = 288K     100 = 373K
:



 →Reflexão
    →Eco
  Polarização
→Reverberação
 →Refração
 →Difração
→Interferência
→Ressonâmcia
Reflexão do Som
As ondas sonoras obedecem
às mesmas leis da reflexão
da ondulatória. A reflexão
de uma onda sonora acontece
quando ela encontra um
obstáculo e retorna para o
meio de origem de
propagação. O acontecimento
desse fenômeno pode dar
origem a dois outros
fenômenos que são chamados
de eco e reverberação.
Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um
ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN,
produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.
Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD,
C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas
incidentes e se comportam como se emanassem de uma
fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto
refletor.
O eco acontece quando o som
refletido retorna após o som original
ser extinto totalmente. Na
reverberação o som que foi refletido
chega ao ouvido antes da extinção do
som original, dessa forma ocorre o
reforço do som emitido.
Eco
                         Os obstáculos que refletem o som
                         podem    apresentar     superfícies
                         muito ásperas. Assim, o som pode
                         ser refletido por um muro, uma
                         montanha etc.
                         O som refletido chama-se eco,
                         quando se distingue do som
                         direto.
                         Para uma pessoa ouvir o eco de um
O sonar é um aparelho    som por ela produzido, deve ficar
capaz de emitir ondas    situada a, no mínimo, 17 m do
sonoras na água e        obstáculo refletor, pois o ouvido
captar seus              humano só pode distinguir dois
ecos, permitindo, assi   sons com intervalo de 0,1 s. O som,
m, a localização de      que tem velocidade de 340 m/s,
objetos sob a água.      percorre 34 m nesse tempo.
Com uma experiência simples pode-se medir a
velocidade do som no ar. Posicione-se a uma distância
de 100 m de um edifício e bata palmas. Ao encontrar
o edifício a onda volta até você em forma de eco. A
cada eco que ouvir, bata palma de novo, pedindo a uma
pessoa que conte o tempo que você leva para bater
palmas dez vezes: ela deverá obter 6 s, pois o som
demora 0,6 s para percorrer 200 m (ida e volta).
A velocidade do som pode ser obtida da
seguinte forma:
A Polarização, é um fenômeno que
acontece    somente    com    as   ondas
transversais. Consiste na seleção de um
plano de vibração frente aos outros por
um objeto, ou seja, se incidir ondas com
todos os planos de vibração num certo
objeto, este acaba deixando passar
apenas aquelas perturbações que ocorrem
num determinado plano.
EX.: Uma aplicação da polarização é a
fotografia de superfícies altamente
refletoras como é o caso de vitrines de
lojas, sem que nelas apareça o reflexo da
imagem do fotógrafo. Para isto, utiliza-se
um polarizador, que funciona como um
filtro, não deixando passar os raios que
saem do fotógrafo chegarem até o
interior da máquina fotográfica.
Em grandes salas fechadas ocorre o
encontro do som com as paredes. Esse
encontro produz reflexões múltiplas
que, além de reforçar o som,
prolongam-no durante algum tempo
depois de cessada a emissão.
É esse prolongamento que constitui a
reverberação.
A reverberação ocorre quando o som
refletido atinge o observador no
instante em que o som direito está se
extinguindo,      ocasionando       o
prolongamento da sensação auditiva.
A refração do som também obedece
às leis da refração da ondulatória. A
refração em uma onda ocorre quando
ela passa de um meio para outro com
índice de refração diferente,
ocorrendo, dessa forma, a variação da
velocidade de propagação e a variação
do comprimento de onda, mas nunca a
variação da frequência, pois se trata
de uma característica da fonte que
está emitindo a onda.
Difração do Som
 A difração é a propriedade que as ondas têm
  de contornar obstáculos e que depende do
comprimento da onda que está se propagando.
Através da razão entre o comprimento de onda
 e a largura do obstáculo podemos calcular o
  grau de difração de uma onda específica,
     matematicamente podemos escrever:
                   r = λ/d
Quanto maior for a razão, maior será
a extensão da curva de difração. Esse
  é o fenômeno que explica o fato de
podermos ouvir atrás da porta quando
     uma pessoa fala do outro lado
  dela, além de ser um acontecimento
largamente aplicado nas montagens de
       sistemas de alto-falantes.
É o surgimento de uma fonte secundária
de som devido à passagem da onda por
uma aresta, um orifício ou uma fenda.
Difração também é o surgimento de
sombras acústicas devido ao choque da
onda com um obstáculo.
Orifício menor do que o comprimento-de-onda




A maior parte da onda é refletida. A pequena parte que
atravessa a parede pelo orifício será irradiada em todas as
direções, justamente como se fosse uma nova fonte de som.
Orifício maior do que o comprimento-de-onda




            Transmissão sem perda de intensidade.
Interferência
         Consiste em um recebimento
de dois ou mais sons de fontes
diferentes. Neste caso, teremos uma
região do espaço na qual, em certos
pontos, ouviremos um som forte, e em
outros, um som fraco ou ausência de
som.




 Som forte  interferência construtiva
 Som fraco  interferência destrutiva
Ressonância
 Quando um corpo começa a vibrar por
     influência de outro, na mesma
 frequência deste, ocorre um fenômeno
          chamado ressonância.
Como exemplo, podemos citar o vidro de
 uma janela que se quebra ao entrar em
   ressonância com as ondas sonoras
    produzidas por um avião a jato.
Num treino, um atirador dispara sua arma diante de um
anteparo refletor e ouve o eco do tiro após 6 s. Sabendo
que o som se propaga no ar com velocidade de
340 m/s, calcule a distância do caçador ao anteparo.

Resolução:




Durante o movimento, o som percorre uma distância igual a 2x
(ida e volta), em movimento uniforme; logo:


Resposta: 1 020 m.
Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora
fixa, a frequência do som do ouvido é maior do que
aquela de quando a pessoa se afasta da fonte.
O mesmo resultado seria obtido se a fonte se
aproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada.
Você pode observar esse fenômeno ouvido o apito de
uma locomotiva em movimento. O apito é mais grave
(frequência menor) quando está se afastando, após
ter passado por você.
Observe que, quando há aproximação entre o
observador e a fonte, o observador recebe maior
número de ondas por unidade de tempo e, quando há
afastamento, recebe um menor número de ondas:
experiências
Só o simples gesto de
sintonizar uma emissora de
rádio ou TV já é uma
experiência de ressonância. A
seguir, sugerimos alguns
experimentos bem simples
para demonstrar a ressonância.
Arame dançante na borda de uma
               taça.
Ponha duas taças com um pouco de
 água perto uma da outra. Entorte
  um pedaço de arame e coloque-o
  sobre a borda de uma das taças.
  Umedeça a ponta de seu dedo e
   esfregue-o com suavidade pela
 borda da outra taça. Se tudo der
 certo, você ouvirá um som grave e
melodioso enquanto o arame começa
a vibrar em ressonância com o som
          que você gerou.
Essa variação aparente da frequência de onda é chamada
efeito Doppler, em homenagem ao físico e matemático
austríaco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficou
célebre por esse principio.
Denominando f’ a frequência recebida pelo observador e f a
frequência emitida pela fonte, temos:

• Aproximação: f’ > f
• Afastamento: f’ < f

Essas grandezas são relacionadas pela expressão:
Onde:
v = velocidade da onda
vF = velocidade da fonte
vo = velocidade do observador
f = freqüência real emitida pela fonte
f’ = freqüência aparente recebida pelo observador.

Os sinais mais (+) ou menos (-) que precedem o vo ou vF são
utilizados de acordo com a convenção:




 A trajetória será positiva de O para F. Portanto:
Um automóvel, movendo-se a 20 m/s, passa próximo a
uma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina do
carro está emitindo uma nota de frequência 2,0 kHz.
O ar está parado e a velocidade do som em relação a
ele é 340m/s.
Que frequência o observador ouvirá:
a) quando o carro estiver se aproximando?
b) quando o carro estiver se afastando?

Resolução:
a) Quando o carro estiver se aproximando do
observador, teremos:
b) Quando o carro estiver se afastando do
observador, teremos:
.O som é uma onda mecânica que se propaga no ar
com uma velocidade variável, conforme a temperatura
local.
Supondo que em um lugar essa velocidade seja
340m/s. Se um auto-falante, ao vibrar sua membrana
neste local, emite 1 250 pulsos por segundo:
a) Determine a frequência de vibração da membrana,
em Hertz;
Esta resposta encontra-se no próprio enunciado, já
que se a membrana emite 1 250 pulsos por segundo,
ela repete seu movimento 1 250 vezes em cada
segundo, ou seja, esta é sua frequência.
b) Determine o período de vibração;
Sabendo a frequência, só precisamos lembrar que o
período é igual ao inverso da frequência, logo:




 Sendo a unidade expressa em segundos que
 é a unidade inversa a Hz.
c) Determine o comprimento de onda da onda sonora,
em metros;
Utilizando a equação:


Já conhecemos a velocidade e a frequência, então
basta isolarmos o comprimento de onda:
d) Sabendo-se que a velocidade do som no ar
varia com a temperatura segunda a relação

, sendo θ em graus Celsius e a velocidade em
metros por segundo. Qual a temperatura local?
Sabendo-se que a velocidade do som no local é
340m/s, podemos utilizar a equação e resolvê-la:
A onda longitudinal move-se na mesma direção de
oscilação dos corpos que estejam em seu caminho.
 Para exemplificar este tipo de onda, consideremos
agora uma pessoa falando ou um auto-falante emitindo
um determinado som. O som (onda mecânica) da voz
da pessoa se propaga no espaço em todas as direções
(por este motivo, a onda sonora também pode ser
caracterizada como onda tridimensional), afastando-
se da fonte. O som, transmitindo-se no ar, produz
compressões e rarefações. De acordo com a sequência
sonora emitida pela pessoa, podemos ter camadas de
ar mais comprimidas ou menos comprimidas, conforme
está representado na figura como regiões claras e
regiões escuras. A distância entre uma região clara e
outra escura representa meio comprimento de onda
(λ/2).
CARACTERÍSTICAS DO SOM
     ALTURA DO SOM
     A altura do som está relacionada com
     a frequência da onda sonora e recebe
     a qualidade do som grave ou agudo.
•Quanto maior a frequência, mais
agudo é o som.
•Quanto menor a frequência, mais
grave é o som.
INTENSIDADE DO SOM
     A intensidade I de uma onda sonora
     está relacionada à energia
     transportada por segundo, através da
     unidade de área.
Quanto maior a quantidade de energia que a
onda transporta, maior é a intensidade do
som. A intensidade sonora está diretamente
relacionada com a amplitude de uma onda.
O som grave (fraco) possui a amplitude
menor que o som forte.
TIMBRE DO SOM
     O timbre do som é a característica que nos
     permite distinguir dois sons de mesma
     altura e mesma intensidade , emitidos por
     fontes sonoras diferentes. Por exemplo, a
     mesma nota musical, emitida por um
     cavaquinho e por um piano, é facilmente
     identificada pela orelha devido à diferença
     de timbre.
TIMBRE DO SOM
EXERCÍCIOS
      1 – Do som mais grave ao som mais agudo de uma
      escala musical, as ondas sonoras sofrem um
      aumento progressivo de:
      •Amplitude
      •Elongação
      •Velocidade
      •Frequência
      •Comprimento da onda
EXERCÍCIOS

      2 – Explique o que é altura de um som.
      3 – Explique o que é intensidade de um
      som.
      4 – Explique o que é timbre de um som.
      5 – O que você entende por limiar da
      audibilidade e limiar da dor?
EXERCÍCIOS
6 – (Unifor – CE) O som é uma onda longitudinal, que se propaga
em meio material, com frequência compreendida,
aproximadamente, entre 20 hertz e 20000 hertz. Em relação a
propagação de ondas sonoras, analise as seguintes afirmações.
I – A velocidade de propagação do som em determinado meio
material é constante, independentemente do valor de sua
frequência.
II – Uma onda sonora denominada infrassom, com frequência
inferior a 20 hertz, propaga-se com velocidade maior que outra
onda denominada ultrassom, com frequência superior a 20000
hertz.
III – Ondas sonoras sofrem refração ao passarem de um meio
material a outro.

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Acústica

  • 1. ACÚSTICA FABIANA DE SOUSA SANTOS GONGALVES Escola Estadual Constantino Fernandes 2012
  • 2. A acústica é o ramo da física que estuda o som. O som é um fenômeno ondulatório causado pelos mais diversos objetos e se propaga através dos diferentes estados físicos da matéria.
  • 3. O som faz parte de nossas informações cotidianas, isso porque através dele podemos analisar o meio onde nos encontramos. Com uma importância inevitável em nossas vidas, o som está presente também na arquitetura, através da acústica, onde são eliminados ruídos em excesso, como em locais públicos tais como igrejas, teatros e auditórios. Já na medicina, a acústica é utilizada para verificar nossa audição, e desenvolver equipamentos capazes de melhorá-la. Vamos então definir o som como uma onda longitudinal, que se propaga em um meio qualquer, cuja frequência varia entre 16 e 20 000 Hz.
  • 4. O som é definido como a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda longitudinal, se propagando tridimensionalmente pelo espaço e apenas em meios materiais, como o ar ou a água. Para que esta propagação ocorra, é necessário que aconteçam compressões e rarefações em propagação do meio. Estas ondas se propagam de forma longitudinal. Quando passa, a onda sonora não arrasta as partículas de ar, por exemplo, apenas faz com que estas vibrem em torno de sua posição de equilíbrio.
  • 5.
  • 6. Fixemos uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme indica a figura ao lado. Deslocando a lâmina , ela começa a oscilar para direita e para esquerda. Esse movimento alternado provoca compressões e expansões no ar em contato com a lâmina, produzindo ondas longitudinais chamadas ondas sonoras.
  • 7. Produção do som A produção do som é constituída de toda matéria em movimento vibratório. As ondas sonoras são ondas longitudinais, em que as vibrações coincidem com a direção de propagação, podendo ser essa direção unidimensional (que se propagam em uma direção), bidimensional (se propagam no plano) e tridimensional (se propagam em todas as direções).
  • 8.
  • 9. Onda longitudinal é uma onda que vibra na mesma direção em que se propaga. Exemplo: Quando vibramos uma mola esticada para a frente e para trás, como se estivéssemos comprimindo ela e descomprimindo- a, esta onda provocada na mola é uma onda longitudinal, ou seja... ela tem a vibração na mesma direção de propagação. Pode-se ver os anéis da mola se movendo para frente e para trás. Esse tipo de onda propaga-se nos sólidos, líquidos e gases, pois é uma onda mecânica.
  • 10.
  • 11.
  • 12. Transmissão do som A transmissão do som é possível porque a maioria deles nos alcança em razão da influência do ar, ou seja, o ar age como agente transmissor do som. Os sons não se propagam no vácuo pelo fato de exigirem um meio material afim de que sua propagação aconteça. A transmissão do som é melhor nos sólidos que nos líquidos, e nos líquidos é melhor que nos gases.
  • 13.
  • 14. O efeito combinado de compressão e rarefação simultâneo transfere energia das moléculas do ar da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda na direção do movimento da lâmina, produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se movimentam para frente e para trás, recebendo energia das moléculas mais próximas da fonte e transmitindo-a para as moléculas mais afastadas dela, até chegarem ao ouvido.
  • 15. No ouvido, as ondas atingem uma membrana chamada tímpano. O tímpano passa a vibrar com a mesma frequência das ondas, transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som.
  • 16.
  • 17. As ondas sonoras audíveis são produzidas por: • vibração de cordas • vibração de colunas de ar • vibração de discos e membranas
  • 18. O Som é uma onda mecânica que possui a intensidade e frequência necessárias para ser percebida pelo ser humano. Entendemos como onda mecânica uma onda que precisa de meios materiais, como o ar ou o solo, para se propagar. As frequências audíveis pelo ouvido humano ficam entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz). Dentro desta faixa a encontram-se a voz humana, instrumentos, musicais, alto- falantes, etc.
  • 19. O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações aperiódicas.
  • 20. O diapasão, que é um instrumento utilizado para afinar instrumentos musicais, é um bom instrumento sonoro. Posto a vibrar por um golpe de martelo de borracha, suas hastes emitem determinada nota musical:
  • 21. Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por: •Cordas vibrantes como violão o piano, as cordas vocais etc. •Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta. •Membranas e placas vibrantes tal como o tambor •Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo, etc.
  • 22. A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão. Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso. O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior facilidade.
  • 23. Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação. De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases. Observe a tabela que apresenta a velocidade de propagação do som a 25°C.
  • 24. A audição humana considerada normal consegue captar frequências de onda sonoras que variam entre aproximadamente 20Hz e 20000Hz. São denominadas ondas de infra-som, as ondas que tem frequência menor que 20Hz, e ultra-som as que possuem frequência acima de 20000Hz.
  • 25. De maneira que: A velocidade do som na água é aproximadamente igual a 1450m/s e no ar, à 20 C é 343m/s.
  • 26. A experiência mostra que o som pode se propagar em qualquer meio natural sólido, líquido ou gasoso. A tabela a seguir apresenta a velocidade do som em alguns meios: Meio Velocidade (m/s) Ar 346 Água 1498 Ferro 5200 Vidro 4540 Alumínio 5000
  • 27. Se a energia emitida pela fonte é grande, isto é, se o som é muito forte, temos uma sensação desagradável no ouvido, pois a quantidade de energia transmitida exerce sobre o tímpano uma pressão muito forte. Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, logo: Quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade do som.
  • 28. Em homenagem ao cientista norte-americano Graham Bell (1847-1922), que estudou o som e inventou o telefone, a intensidade sonora é medida em bel (B) ou decibéis (dB).
  • 29. Os sons muito intensos são desagradáveis ao ouvido humano. Sons com intensidades acima de 130 dB provocam uma sensação dolorosa e sons acima de 160 dB podem romper o tímpano e causar surdez. De acordo com a frequência, um som pode ser classificado em agudo ou grave. Essa qualidade é chamada altura do som. Sons graves ou baixos têm frequência menor. Sons agudos ou altos têm frequência maior.
  • 30. A propagação do som em meios gasosos depende fortemente da temperatura do gás, é possível inclusive demonstrar experimentalmente que a velocidade do som em gases é dada por: Onde: k=constante que depende da natureza do gás; T=temperatura absoluta do gás (em kelvin). Como exemplo podemos tomar a velocidade de propagação do som no ar à temperatura de 15 (288K), que tem valor 340m/s.
  • 31. Sabendo que à 15 C o som se propaga à 340m/s, qual será sua velocidade de propagação à 100 C? Lembrando que: 15 = 288K 100 = 373K
  • 32.
  • 33.
  • 34. : →Reflexão →Eco Polarização →Reverberação →Refração →Difração →Interferência →Ressonâmcia
  • 35.
  • 36. Reflexão do Som As ondas sonoras obedecem às mesmas leis da reflexão da ondulatória. A reflexão de uma onda sonora acontece quando ela encontra um obstáculo e retorna para o meio de origem de propagação. O acontecimento desse fenômeno pode dar origem a dois outros fenômenos que são chamados de eco e reverberação.
  • 37. Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo. Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.
  • 38. O eco acontece quando o som refletido retorna após o som original ser extinto totalmente. Na reverberação o som que foi refletido chega ao ouvido antes da extinção do som original, dessa forma ocorre o reforço do som emitido.
  • 39. Eco Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc. O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto. Para uma pessoa ouvir o eco de um O sonar é um aparelho som por ela produzido, deve ficar capaz de emitir ondas situada a, no mínimo, 17 m do sonoras na água e obstáculo refletor, pois o ouvido captar seus humano só pode distinguir dois ecos, permitindo, assi sons com intervalo de 0,1 s. O som, m, a localização de que tem velocidade de 340 m/s, objetos sob a água. percorre 34 m nesse tempo.
  • 40. Com uma experiência simples pode-se medir a velocidade do som no ar. Posicione-se a uma distância de 100 m de um edifício e bata palmas. Ao encontrar o edifício a onda volta até você em forma de eco. A cada eco que ouvir, bata palma de novo, pedindo a uma pessoa que conte o tempo que você leva para bater palmas dez vezes: ela deverá obter 6 s, pois o som demora 0,6 s para percorrer 200 m (ida e volta). A velocidade do som pode ser obtida da seguinte forma:
  • 41.
  • 42.
  • 43. A Polarização, é um fenômeno que acontece somente com as ondas transversais. Consiste na seleção de um plano de vibração frente aos outros por um objeto, ou seja, se incidir ondas com todos os planos de vibração num certo objeto, este acaba deixando passar apenas aquelas perturbações que ocorrem num determinado plano.
  • 44. EX.: Uma aplicação da polarização é a fotografia de superfícies altamente refletoras como é o caso de vitrines de lojas, sem que nelas apareça o reflexo da imagem do fotógrafo. Para isto, utiliza-se um polarizador, que funciona como um filtro, não deixando passar os raios que saem do fotógrafo chegarem até o interior da máquina fotográfica.
  • 45. Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão. É esse prolongamento que constitui a reverberação. A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.
  • 46.
  • 47. A refração do som também obedece às leis da refração da ondulatória. A refração em uma onda ocorre quando ela passa de um meio para outro com índice de refração diferente, ocorrendo, dessa forma, a variação da velocidade de propagação e a variação do comprimento de onda, mas nunca a variação da frequência, pois se trata de uma característica da fonte que está emitindo a onda.
  • 48.
  • 49.
  • 50.
  • 51. Difração do Som A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos e que depende do comprimento da onda que está se propagando. Através da razão entre o comprimento de onda e a largura do obstáculo podemos calcular o grau de difração de uma onda específica, matematicamente podemos escrever: r = λ/d
  • 52. Quanto maior for a razão, maior será a extensão da curva de difração. Esse é o fenômeno que explica o fato de podermos ouvir atrás da porta quando uma pessoa fala do outro lado dela, além de ser um acontecimento largamente aplicado nas montagens de sistemas de alto-falantes.
  • 53. É o surgimento de uma fonte secundária de som devido à passagem da onda por uma aresta, um orifício ou uma fenda. Difração também é o surgimento de sombras acústicas devido ao choque da onda com um obstáculo.
  • 54. Orifício menor do que o comprimento-de-onda A maior parte da onda é refletida. A pequena parte que atravessa a parede pelo orifício será irradiada em todas as direções, justamente como se fosse uma nova fonte de som.
  • 55. Orifício maior do que o comprimento-de-onda Transmissão sem perda de intensidade.
  • 56. Interferência Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes. Neste caso, teremos uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouviremos um som forte, e em outros, um som fraco ou ausência de som. Som forte  interferência construtiva Som fraco  interferência destrutiva
  • 57. Ressonância Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma frequência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância. Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
  • 58. Num treino, um atirador dispara sua arma diante de um anteparo refletor e ouve o eco do tiro após 6 s. Sabendo que o som se propaga no ar com velocidade de 340 m/s, calcule a distância do caçador ao anteparo. Resolução: Durante o movimento, o som percorre uma distância igual a 2x (ida e volta), em movimento uniforme; logo: Resposta: 1 020 m.
  • 59. Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora fixa, a frequência do som do ouvido é maior do que aquela de quando a pessoa se afasta da fonte. O mesmo resultado seria obtido se a fonte se aproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada. Você pode observar esse fenômeno ouvido o apito de uma locomotiva em movimento. O apito é mais grave (frequência menor) quando está se afastando, após ter passado por você. Observe que, quando há aproximação entre o observador e a fonte, o observador recebe maior número de ondas por unidade de tempo e, quando há afastamento, recebe um menor número de ondas:
  • 60.
  • 61. experiências Só o simples gesto de sintonizar uma emissora de rádio ou TV já é uma experiência de ressonância. A seguir, sugerimos alguns experimentos bem simples para demonstrar a ressonância.
  • 62.
  • 63.
  • 64. Arame dançante na borda de uma taça. Ponha duas taças com um pouco de água perto uma da outra. Entorte um pedaço de arame e coloque-o sobre a borda de uma das taças. Umedeça a ponta de seu dedo e esfregue-o com suavidade pela borda da outra taça. Se tudo der certo, você ouvirá um som grave e melodioso enquanto o arame começa a vibrar em ressonância com o som que você gerou.
  • 65. Essa variação aparente da frequência de onda é chamada efeito Doppler, em homenagem ao físico e matemático austríaco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficou célebre por esse principio. Denominando f’ a frequência recebida pelo observador e f a frequência emitida pela fonte, temos: • Aproximação: f’ > f • Afastamento: f’ < f Essas grandezas são relacionadas pela expressão:
  • 66. Onde: v = velocidade da onda vF = velocidade da fonte vo = velocidade do observador f = freqüência real emitida pela fonte f’ = freqüência aparente recebida pelo observador. Os sinais mais (+) ou menos (-) que precedem o vo ou vF são utilizados de acordo com a convenção: A trajetória será positiva de O para F. Portanto:
  • 67.
  • 68. Um automóvel, movendo-se a 20 m/s, passa próximo a uma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina do carro está emitindo uma nota de frequência 2,0 kHz. O ar está parado e a velocidade do som em relação a ele é 340m/s. Que frequência o observador ouvirá: a) quando o carro estiver se aproximando? b) quando o carro estiver se afastando? Resolução:
  • 69. a) Quando o carro estiver se aproximando do observador, teremos:
  • 70. b) Quando o carro estiver se afastando do observador, teremos:
  • 71. .O som é uma onda mecânica que se propaga no ar com uma velocidade variável, conforme a temperatura local. Supondo que em um lugar essa velocidade seja 340m/s. Se um auto-falante, ao vibrar sua membrana neste local, emite 1 250 pulsos por segundo: a) Determine a frequência de vibração da membrana, em Hertz; Esta resposta encontra-se no próprio enunciado, já que se a membrana emite 1 250 pulsos por segundo, ela repete seu movimento 1 250 vezes em cada segundo, ou seja, esta é sua frequência.
  • 72. b) Determine o período de vibração; Sabendo a frequência, só precisamos lembrar que o período é igual ao inverso da frequência, logo: Sendo a unidade expressa em segundos que é a unidade inversa a Hz.
  • 73. c) Determine o comprimento de onda da onda sonora, em metros; Utilizando a equação: Já conhecemos a velocidade e a frequência, então basta isolarmos o comprimento de onda:
  • 74. d) Sabendo-se que a velocidade do som no ar varia com a temperatura segunda a relação , sendo θ em graus Celsius e a velocidade em metros por segundo. Qual a temperatura local? Sabendo-se que a velocidade do som no local é 340m/s, podemos utilizar a equação e resolvê-la:
  • 75. A onda longitudinal move-se na mesma direção de oscilação dos corpos que estejam em seu caminho. Para exemplificar este tipo de onda, consideremos agora uma pessoa falando ou um auto-falante emitindo um determinado som. O som (onda mecânica) da voz da pessoa se propaga no espaço em todas as direções (por este motivo, a onda sonora também pode ser caracterizada como onda tridimensional), afastando- se da fonte. O som, transmitindo-se no ar, produz compressões e rarefações. De acordo com a sequência sonora emitida pela pessoa, podemos ter camadas de ar mais comprimidas ou menos comprimidas, conforme está representado na figura como regiões claras e regiões escuras. A distância entre uma região clara e outra escura representa meio comprimento de onda (λ/2).
  • 76.
  • 77. CARACTERÍSTICAS DO SOM ALTURA DO SOM A altura do som está relacionada com a frequência da onda sonora e recebe a qualidade do som grave ou agudo.
  • 78. •Quanto maior a frequência, mais agudo é o som. •Quanto menor a frequência, mais grave é o som.
  • 79. INTENSIDADE DO SOM A intensidade I de uma onda sonora está relacionada à energia transportada por segundo, através da unidade de área.
  • 80. Quanto maior a quantidade de energia que a onda transporta, maior é a intensidade do som. A intensidade sonora está diretamente relacionada com a amplitude de uma onda. O som grave (fraco) possui a amplitude menor que o som forte.
  • 81. TIMBRE DO SOM O timbre do som é a característica que nos permite distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade , emitidos por fontes sonoras diferentes. Por exemplo, a mesma nota musical, emitida por um cavaquinho e por um piano, é facilmente identificada pela orelha devido à diferença de timbre.
  • 83. EXERCÍCIOS 1 – Do som mais grave ao som mais agudo de uma escala musical, as ondas sonoras sofrem um aumento progressivo de: •Amplitude •Elongação •Velocidade •Frequência •Comprimento da onda
  • 84. EXERCÍCIOS 2 – Explique o que é altura de um som. 3 – Explique o que é intensidade de um som. 4 – Explique o que é timbre de um som. 5 – O que você entende por limiar da audibilidade e limiar da dor?
  • 85. EXERCÍCIOS 6 – (Unifor – CE) O som é uma onda longitudinal, que se propaga em meio material, com frequência compreendida, aproximadamente, entre 20 hertz e 20000 hertz. Em relação a propagação de ondas sonoras, analise as seguintes afirmações. I – A velocidade de propagação do som em determinado meio material é constante, independentemente do valor de sua frequência. II – Uma onda sonora denominada infrassom, com frequência inferior a 20 hertz, propaga-se com velocidade maior que outra onda denominada ultrassom, com frequência superior a 20000 hertz. III – Ondas sonoras sofrem refração ao passarem de um meio material a outro.