Aula de Física 2º ano Ensino Médio

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

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

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

4. 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).
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS E
EFEITO DOPLLER

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

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

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

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

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

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

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

12. 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).
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Texto extraído do site:

13. NÍVEL SONORO é a relação entre a
intensidade do som ouvido e a intensidade
mínima.
LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12
W/m2
)(:
)(log.10
0
10
dBdecibelunidade
I
I
=β
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER

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

15. 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
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER

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

17. TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS
λ
λ
v
ffv =⇒⋅=
1
2
2
1
1
1 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
2
1
1
1
1
λ
2
2
2
2
2
2 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
2
2
2
2
2
λ
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
PRIMEIRO HARMÔNICO
SEGUNDO HARMÔNICO
Imagens: SEE-PE

18. 3
2
2
3
3
3 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
2
3
3
3
3
λ
4
2
2
4
4
4 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
2
4
4
4
4
λ
TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
TERCEIRO HARMÔNICO
QUARTO HARMÔNICO
Imagens: SEE-PE

19. Tubos abertos para harmônico nTubos abertos para harmônico n
n
ln
l n
n ⋅
=⇒
⋅
=
2
2
λ
λ
l
vn
f
v
f n
n
n
⋅
⋅
=⇒=
2λ
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER

20. TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS
λ
λ
v
ffv =⇒⋅=
1
4
4
1
1
1 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
4
1
1
1
1
λ
3
4
4
3
3
3 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
4
3
3
3
3
λ
PRIMEIRO HARMÔNICO
TERCEIRO HARMÔNICO
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Imagens: SEE-PE

21. QUINTO HARMÔNICO
SÉTIMO HARMÔNICO
5
4
4
5
5
5 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
4
5
7
5
5
λ
7
4
4
7
7
7 l
l
⋅
=⇒
⋅
= λ
λ
l
v
f
v
f
⋅
⋅
=⇒=
4
7
7
7
7
λ
TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
FÍSICA,
Imagens: SEE-PE

22. Tubos fechados para harmônico nTubos fechados para harmônico n
Sendo n um número ímpar
n
l
n
l n
n ⋅
=⇒
⋅
=
44
λ
λ
l
vn
f
v
f n
n
n
⋅
⋅
=⇒=
4λ
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER

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

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

25. f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)
f frequência real da fontef frequência real da fonte
).(´
F
o
vv
vv
ff
±
±
=
fontedavelocidadev
observadordovelocidadev
somdovelocidadev
F
o
→
→
→
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER

26. 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.
FÍSICA, 2º ANO
Tópico – ONDAS SONORAS
E EFEITO DOPPLER
Texto extraído do site: http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf

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

28. Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do
Acesso
3 Wilfredor / GNU Free Documentation
License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marac
a_tambor_y_furruco.svg
28/03/2012
5 Popular Science Monthly Volume 13 /
Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSM_
V13_D058_Sound_waves_2.jpg?uselang=pt-br
28/03/2012
6 August Adolf Eduard Eberhard Kundt /
Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kundt
_tube.png
28/03/2012
7 Zina Deretsky, National Science
Foundation, USA/ Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hearin
g_mechanics.jpg
28/03/2012
9 e 10 Pluke / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CPT-
sound-pitchvolume.svg
28/03/2012
11, 17, 18, 20,
21 e 23
SEE-PE. SEE-PE. 28/03/2012
14 Marek Mazurkiewicz / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0
Unported.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chirop
tera_echolocation.svg
28/03/2012
Tabela de Imagens