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Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Ciências
Ensino Fundamental, 9º Ano
Conceito de onda e som
Algumas curiosidades...
5. Por que, quando cai um raio, só
ouvimos o trovão depois de certo
tempo?
Mas antes de respondê-las, precisaremos
conhecer alguns conceitos fundamentais da
Física ...
2. Como é formada uma imagem numa
ultrassonografia?
1. Como os morcegos conseguem localizar
um inseto mesmo enxergando tão mal?
4. Como o sonar, que é tão fundamental
na navegação ou localização, funciona?
3. Por que, quando uma ambulância se
aproxima de nós com a sirene ligada,
o som parece estar oscilando mais do
que quando ela se afasta? Imagem: Autor desconhecido / disponibilizado por
Isis / Public domain.
Imagem: Autor Scott Sanchez / Public domain
Um dos espetáculos mais
famosos e incríveis durante
as competições esportivas é
a “ola” da torcida.
Ondas
Visto de longe, a impressão é que a massa humana se move toda para
um lado das arquibancadas. Mas sabemos que isso não é verdade: cada torcedor
se move na direção vertical, e apenas quando recebe o ‘sinal’, cada integrante da
torcida responde à perturbação e, por assim dizer, ‘oscila’ em torno de sua posição
de equilíbrio, de modo que o que se desloca na arquibancada não são os
torcedores, mas o sinal ou perturbação.
Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição.
Ondas
Assim como as “olas”, as Ondas
são perturbações que se propagam em
um meio. Na propagação APENAS A
ENERGIA É TRANSPORTADA, não
havendo transporte de matéria.
Imagem: Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad /
GNU Free Documentation License
As ondas no cotidiano
As ondas estão sempre presentes nos mais diversos fenômenos e situações do cotidiano.
O reflexo de uma paisagem. Uma radiografia.
O som de um violão.
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Commons Attribution-Share Alike 2.5
Generic
Imagem: Miguel303xm / Creative
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Generic
Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free
Documentation License
Natureza das Ondas
As Ondas podem ter natureza Mecânica ou Eletromagnética
Ondas Mecânicas: Ondas que necessitam de um meio material para se
propagarem. Resultam de deformações provocadas em meios elásticos.
Transportam apenas energia mecânica.
Ex.: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras, ondas sísmicas, etc.
Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Natureza das Ondas
Ondas Eletromagnéticas: Ondas que NÃO necessitam de um meio
material para se propagarem. Resultam de vibrações de cargas elétricas.
Transportam “pacotes” de energia que são os Fótons ou Quanta de energia.
Ex.: Ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou de TV, micro-ondas, raios X, etc.
Imagem: Autor Philip Ronan / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Tipos de Ondas
Ondas Unidimensionais: Quando se
propagam numa só direção (uma dimensão -
1d).
Ex.: Som se propagando numa linha, ondas em uma
corda, etc.
Ondas Bidimensionais: Quando se
propagam ao longo de um plano (duas
dimensões – 2d).
Ex.: Ondas na superfície da água.
Imagem: Autor Roger McLassus / GNU Free
Documentation Licens
Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Tipos de Ondas
Ondas Tridimensionais: Quando se propagam em tosas as direções (três
dimensões – 3d).
Ex.: Ondas Sísmicas, ondas sonoras (SOM) no ar, etc.
epicentro
foco
falha
ondas
Imagem: Autor Dollynarak / Public domain.
Classificação das Ondas
Ondas Transversais: Ondas em que a direção de vibração é
PERPENDICULAR à de propagação.
Ondas Longitudinais: Ondas em que a direção de vibração é a MESMA que
a de propagação.
Ex.: Ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas, a “ola” comentada no início da
aula, etc.
Ex.: Ondas sonoras (Som), onda em uma mola vertical sustentando um peso, etc.
Direção de
vibração
Propagação
Direção de vibração
Propagação
Componentes de uma Onda
Imagem: AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License
Fenômenos ondulatórios
As ondas que se propagam num meio
material "batem" em obstáculos e "voltam"
para esse mesmo meio sem sofrer perdas
consideráveis de energia.
Reflexão
A’
A
obstáculo
ondas refletidas
Fenômenos ondulatórios
Quando a Onda passa de um meio
para outro com propriedades
distintas, mudando sua
velocidade de propagação e
comprimento de onda, mas
mantendo constante sua
frequência, sofre DESVIOS.
Refração
Fenômenos ondulatórios
Difração
Capacidade que as
ondas têm de contornar
obstáculos que
possuem a mesma
ordem de grandeza de
seu comprimento de
onda, modificando sua
direção de propagação.
Imagem: Autor Barakitty / GNU Free Documentation License
Fenômenos ondulatórios
Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA
em uma única direção ou plano.
OBS.: A Polarização só ocorre com Ondas
Transversais!
Polarização
Imagem: Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro /
PiccoloNamek / GNU Free Documentation License
Velocidade da Onda
A velocidade de uma onda é a distância percorrida por uma onda por
unidade de tempo. É a velocidade com que uma perturbação se propaga
num determinado meio.
𝑣 =
𝜆
𝑇
𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓 𝑜𝑢
𝒐𝒏𝒅𝒆
𝒗 ≡ 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝒎 𝒔 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔)
𝜆 ≡ 𝑪𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒎 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔
𝒇 ≡ 𝑭𝒓𝒆𝒒𝒖ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝑯𝒛 → 𝒉𝒆𝒓𝒕𝒛
𝑻 ≡ 𝑷𝒆𝒓í𝒐𝒅𝒐 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒔 → 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔
• O que é o som e como ele é produzido?
• O som é a propagação de uma
perturbação num meio mecânico.
• Obs.: Os sons são Ondas Mecânicas,
Longitudinais e Tridimensionais.
Som
Produzindo uma onda sonora
Diapasão
Regiões de Alta
e Baixa Pressão
Imagem:
Wollschaf
/
GNU
Free
Documentation
License
Como ouvimos um som?
• As moléculas do ar junto à
membrana do tímpano vibram,
fazendo com que a membrana
também comece a vibrar.
• A vibração do tímpano é
transmitida ao sistema
ósseo, constituído pelo
martelo, bigorna e estribo
(menores ossos do corpo
humano), passando pelos
canais semicirculares que
fazem a ligação ao nervo
auditivo.
• A vibração é convertida em
impulso elétrico que é
comunicado ao cérebro.
Imagem: Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License
Fenômenos sonoros
Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber
um som (0,1 s).
Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas
vezes distintas.
Reverberação: 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.
Algumas tirinhas
interessantes
http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/i
mages/tira336.gif
http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/i
mages/tira147.gif
A Frequência do Som
Infrassom: sons com frequências abaixo de 20 Hz.
Ultrassom: sons com frequências acima de 20 KHz.
Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser humano (20 Hz a 20
KHz).
Espectro Sonoro
20 000
20 frequência
Ultra-sons
Sons audíveis
infra-sons
Sons
musicais
Sons
desagra-
dáveis
5
000
Imagens:(aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication; (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free
Documentation License; (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
Lembre: Sendo o som uma onda
mecânica, ela não pode se propagar no
vácuo!
Para refletir um pouco: As explosões no espaço são
sempre mostradas nos cinemas acompanhadas de
grandes estrondos. Isso acontece realmente? Ou
seja, é possível ouvir o som de uma explosão no
espaço?
A Velocidade do Som
A velocidade de propagação das ondas sonoras é
independente da fonte sonora, dependendo apenas da natureza do
meio material elástico que vibra.
Como o som se
propaga de molécula para
molécula, então, QUANTO
MAIOR A DENSIDADE do
meio material em que o som
se propaga, MAIOR A SUA
VELOCIDADE nesse meio,
visto que as moléculas
estão mais próximas entre
si, facilitando a propagação
dessa perturbação.
 Densidade  Velocidade 
Vsólido > Vlíquido > Vgasoso
Gasoso Líquido Sólido
Menor velocidade
de propagação
Maior velocidade
de propagação
No ar, a 20 ºC, a velocidade do som é 343 m/s.
A Velocidade do Som
http://cfq8.wikispaces.com/file/view/Calvin_
Velocidade_Som.png/31315839/Calvin_Vel
ocidade_Som.png
Qualidade que permite diferenciar um som agudo (alta frequência)
de um som grave (baixa frequência).
Obs.2: As notas musicais possuem
alturas sonoras diferentes, isto é,
cada nota possui uma frequência
característica.
Qualidades do Som
Altura do Som
Obs.1: A altura do som depende
apenas da frequência da fonte
emissora.
Frequência baixa – som grave Frequência baixa – som agudo
Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de
mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. É
a “Identidade do som”.
Qualidades do Som
Timbre do Som
Obs.: O timbre está relacionado à forma da onda
emitida pelo instrumento.
Flauta Xilofone
Imagens: Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.
Qualidade que permite diferenciar
um som forte de um som fraco.
Obs.: A intensidade do som está
relacionada com a energia que a
onda transfere e com a amplitude
da onda.
Um som de
maior volume
Uma onda sonora de
maior amplitude.
Maior transporte de
energia pela onda
Som de maior intensidade
Qualidades do Som
Intensidade do Som
Som forte
Som
fraco
Amplitude
Tempo
É a intensidade
sonora percebida ou
detectada pelo sistema
auditivo humano. É
medida em decibel (dB).
Nível Sonoro
140
130
120
110
100
125
115
105
90
95
80
85
70
75
60
65
50
55
40
45
30
35
10
25
15
5
0 Limiar da audição
(dB)
Parque
Quarto
Biblioteca
Conversa
Trânsito
intenso Escritório
Walkman Banda rock
Decolagem de
um avião
Limiar da dor
Entre 30 e 60 dB:
- distúrbios psíquicos de
irritação;
- perda de atenção;
-em alguns casos: diminuição e perda
da libido e da potência sexual.
Efeitos Fisiológicos do som
Entre 60 e 90 dB:
- aceleração do
ritmo cardíaco;
- surgimento da
fadiga.
- reações
neurovegetativas;
- aumento da
tensão arterial;
Efeitos Fisiológicos do som
Acima de 90 dB os riscos são
considerados críticos.
A partir de 140 dB podem produzir
surdez irreversível, ainda que de curta
duração.
Efeitos Fisiológicos do som

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  • 1. Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Ciências Ensino Fundamental, 9º Ano Conceito de onda e som
  • 2. Algumas curiosidades... 5. Por que, quando cai um raio, só ouvimos o trovão depois de certo tempo? Mas antes de respondê-las, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ... 2. Como é formada uma imagem numa ultrassonografia? 1. Como os morcegos conseguem localizar um inseto mesmo enxergando tão mal? 4. Como o sonar, que é tão fundamental na navegação ou localização, funciona? 3. Por que, quando uma ambulância se aproxima de nós com a sirene ligada, o som parece estar oscilando mais do que quando ela se afasta? Imagem: Autor desconhecido / disponibilizado por Isis / Public domain. Imagem: Autor Scott Sanchez / Public domain
  • 3. Um dos espetáculos mais famosos e incríveis durante as competições esportivas é a “ola” da torcida. Ondas Visto de longe, a impressão é que a massa humana se move toda para um lado das arquibancadas. Mas sabemos que isso não é verdade: cada torcedor se move na direção vertical, e apenas quando recebe o ‘sinal’, cada integrante da torcida responde à perturbação e, por assim dizer, ‘oscila’ em torno de sua posição de equilíbrio, de modo que o que se desloca na arquibancada não são os torcedores, mas o sinal ou perturbação. Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição.
  • 4. Ondas Assim como as “olas”, as Ondas são perturbações que se propagam em um meio. Na propagação APENAS A ENERGIA É TRANSPORTADA, não havendo transporte de matéria. Imagem: Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License
  • 5. As ondas no cotidiano As ondas estão sempre presentes nos mais diversos fenômenos e situações do cotidiano. O reflexo de uma paisagem. Uma radiografia. O som de um violão. Imagem: Meanos / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Imagem: Miguel303xm / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License
  • 6. Natureza das Ondas As Ondas podem ter natureza Mecânica ou Eletromagnética Ondas Mecânicas: Ondas que necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de deformações provocadas em meios elásticos. Transportam apenas energia mecânica. Ex.: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras, ondas sísmicas, etc. Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
  • 7. Natureza das Ondas Ondas Eletromagnéticas: Ondas que NÃO necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de vibrações de cargas elétricas. Transportam “pacotes” de energia que são os Fótons ou Quanta de energia. Ex.: Ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou de TV, micro-ondas, raios X, etc. Imagem: Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
  • 8. Tipos de Ondas Ondas Unidimensionais: Quando se propagam numa só direção (uma dimensão - 1d). Ex.: Som se propagando numa linha, ondas em uma corda, etc. Ondas Bidimensionais: Quando se propagam ao longo de um plano (duas dimensões – 2d). Ex.: Ondas na superfície da água. Imagem: Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
  • 9. Tipos de Ondas Ondas Tridimensionais: Quando se propagam em tosas as direções (três dimensões – 3d). Ex.: Ondas Sísmicas, ondas sonoras (SOM) no ar, etc. epicentro foco falha ondas Imagem: Autor Dollynarak / Public domain.
  • 10. Classificação das Ondas Ondas Transversais: Ondas em que a direção de vibração é PERPENDICULAR à de propagação. Ondas Longitudinais: Ondas em que a direção de vibração é a MESMA que a de propagação. Ex.: Ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas, a “ola” comentada no início da aula, etc. Ex.: Ondas sonoras (Som), onda em uma mola vertical sustentando um peso, etc. Direção de vibração Propagação Direção de vibração Propagação
  • 11. Componentes de uma Onda Imagem: AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License
  • 12. Fenômenos ondulatórios As ondas que se propagam num meio material "batem" em obstáculos e "voltam" para esse mesmo meio sem sofrer perdas consideráveis de energia. Reflexão A’ A obstáculo ondas refletidas
  • 13. Fenômenos ondulatórios Quando a Onda passa de um meio para outro com propriedades distintas, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante sua frequência, sofre DESVIOS. Refração
  • 14. Fenômenos ondulatórios Difração Capacidade que as ondas têm de contornar obstáculos que possuem a mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda, modificando sua direção de propagação. Imagem: Autor Barakitty / GNU Free Documentation License
  • 15. Fenômenos ondulatórios Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA em uma única direção ou plano. OBS.: A Polarização só ocorre com Ondas Transversais! Polarização Imagem: Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License
  • 16. Velocidade da Onda A velocidade de uma onda é a distância percorrida por uma onda por unidade de tempo. É a velocidade com que uma perturbação se propaga num determinado meio. 𝑣 = 𝜆 𝑇 𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓 𝑜𝑢 𝒐𝒏𝒅𝒆 𝒗 ≡ 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝒎 𝒔 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔) 𝜆 ≡ 𝑪𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒎 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒇 ≡ 𝑭𝒓𝒆𝒒𝒖ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝑯𝒛 → 𝒉𝒆𝒓𝒕𝒛 𝑻 ≡ 𝑷𝒆𝒓í𝒐𝒅𝒐 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒔 → 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔
  • 17. • O que é o som e como ele é produzido? • O som é a propagação de uma perturbação num meio mecânico. • Obs.: Os sons são Ondas Mecânicas, Longitudinais e Tridimensionais. Som
  • 18. Produzindo uma onda sonora Diapasão Regiões de Alta e Baixa Pressão Imagem: Wollschaf / GNU Free Documentation License
  • 19. Como ouvimos um som? • As moléculas do ar junto à membrana do tímpano vibram, fazendo com que a membrana também comece a vibrar. • A vibração do tímpano é transmitida ao sistema ósseo, constituído pelo martelo, bigorna e estribo (menores ossos do corpo humano), passando pelos canais semicirculares que fazem a ligação ao nervo auditivo. • A vibração é convertida em impulso elétrico que é comunicado ao cérebro. Imagem: Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License
  • 20. Fenômenos sonoros Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1 s). Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas. Reverberação: 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.
  • 22. A Frequência do Som Infrassom: sons com frequências abaixo de 20 Hz. Ultrassom: sons com frequências acima de 20 KHz. Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser humano (20 Hz a 20 KHz). Espectro Sonoro 20 000 20 frequência Ultra-sons Sons audíveis infra-sons Sons musicais Sons desagra- dáveis 5 000 Imagens:(aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication; (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free Documentation License; (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
  • 23. Lembre: Sendo o som uma onda mecânica, ela não pode se propagar no vácuo! Para refletir um pouco: As explosões no espaço são sempre mostradas nos cinemas acompanhadas de grandes estrondos. Isso acontece realmente? Ou seja, é possível ouvir o som de uma explosão no espaço?
  • 24. A Velocidade do Som A velocidade de propagação das ondas sonoras é independente da fonte sonora, dependendo apenas da natureza do meio material elástico que vibra. Como o som se propaga de molécula para molécula, então, QUANTO MAIOR A DENSIDADE do meio material em que o som se propaga, MAIOR A SUA VELOCIDADE nesse meio, visto que as moléculas estão mais próximas entre si, facilitando a propagação dessa perturbação.  Densidade  Velocidade  Vsólido > Vlíquido > Vgasoso Gasoso Líquido Sólido Menor velocidade de propagação Maior velocidade de propagação
  • 25. No ar, a 20 ºC, a velocidade do som é 343 m/s. A Velocidade do Som http://cfq8.wikispaces.com/file/view/Calvin_ Velocidade_Som.png/31315839/Calvin_Vel ocidade_Som.png
  • 26. Qualidade que permite diferenciar um som agudo (alta frequência) de um som grave (baixa frequência). Obs.2: As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma frequência característica. Qualidades do Som Altura do Som Obs.1: A altura do som depende apenas da frequência da fonte emissora. Frequência baixa – som grave Frequência baixa – som agudo
  • 27. Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. É a “Identidade do som”. Qualidades do Som Timbre do Som Obs.: O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento. Flauta Xilofone Imagens: Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.
  • 28. Qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco. Obs.: A intensidade do som está relacionada com a energia que a onda transfere e com a amplitude da onda. Um som de maior volume Uma onda sonora de maior amplitude. Maior transporte de energia pela onda Som de maior intensidade Qualidades do Som Intensidade do Som Som forte Som fraco Amplitude Tempo
  • 29. É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. É medida em decibel (dB). Nível Sonoro 140 130 120 110 100 125 115 105 90 95 80 85 70 75 60 65 50 55 40 45 30 35 10 25 15 5 0 Limiar da audição (dB) Parque Quarto Biblioteca Conversa Trânsito intenso Escritório Walkman Banda rock Decolagem de um avião Limiar da dor
  • 30. Entre 30 e 60 dB: - distúrbios psíquicos de irritação; - perda de atenção; -em alguns casos: diminuição e perda da libido e da potência sexual. Efeitos Fisiológicos do som
  • 31. Entre 60 e 90 dB: - aceleração do ritmo cardíaco; - surgimento da fadiga. - reações neurovegetativas; - aumento da tensão arterial; Efeitos Fisiológicos do som
  • 32. Acima de 90 dB os riscos são considerados críticos. A partir de 140 dB podem produzir surdez irreversível, ainda que de curta duração. Efeitos Fisiológicos do som