Ondas sonoras

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Ondas sonoras

  1. 1.  Características das ondas  A T f Quando surgir este sinal, explore a animação!
  2. 2. Comunicação – produção e propagação de sinais Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais. Sinal Um sinal é uma perturbação de qualquer espécie que é usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela. Propagação de um sinal Sinais originam ondas que se propagam no espaço e no tempo. Numa onda há propagação de energia, por vezes a grandes distâncias, mas não há deslocamento de matéria. Há apenas oscilações das partículas.
  3. 3. O que é uma onda? (propagação de uma perturbação) O que acontece numa onda é mais ou menos o que acontece no chamado «efeito dominó». Uma perturbação é causada, por alguém ou por alguma fonte, e esta perturbação propaga-se de um ponto para outro Efeito «dominó» Quando se coloca uma fila de dominós, por exemplo, e se derruba o primeiro, causa-se uma perturbação somente no primeiro dominó. A perturbação propaga-se de um lugar para o outro. A perturbação causada no primeiro dominó chega até ao último, derrubando-o, apesar de cada dominó não ter saído da sua posição inicial. A energia aplicada ao primeiro dominó chega até à última peça. A perturbação transportou somente energia.
  4. 4. Ondas – propagação de sinais Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais. Emissão Propagação Recepção Vibração de um objeto Onda de som (mecânica) Ouvido (membrana) Som Luz Oscilações de cargas eléctricas Onda de luz (electromagnética) Olho (retina)
  5. 5. Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas Ondas mecânicas Ondas electromagnéticas Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para se poderem propagar. Ondas electromagnéticas não precisam de meios materiais para se propagar. A perturbação é causada em campos electromagnéticos e propaga-se através deles. Ondas no oceano Som Todas são perturbações causadas em meios materiais A luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço. Outros exemplos de ondas electromagnéticas são as microondas, as ondas de rádio etc. Luz
  6. 6. Tipos de Ondas Ondas Ondas transversais Ondas longitudinais As espiras vibram numa direcção perpendicular à direcção de propagação da onda. As espiras vibram para um lado e para o outro da posição de equilíbrio na própria direcção de propagação. As ondas eletromagnéticas são ondas transversais. As ondas sonoras (gases e líquidos) são ondas longitudinais.
  7. 7. Exercício 1 R: As ondas sonoras são ondas longitudinais ou transversais? Na frase seguinte, apague o termo que não interessa entre as duas hipóteses apresentadas. “Nas ondas sonoras, a direção de vibração é (vertical/horizontal); esta direção (coincide/não coincide) com a direção de (condução/propagação).”
  8. 8. Onda sonora – onda longitudinal Formam-se: • zonas de compressão ( zonas com mais ar e, por isso, com maior pressão) • zonas de rarefacção (zonas com menos ar, ou seja, com menor pressão) … que se vão ambas propagando no espaço. As vibrações da fonte sonora (por exemplo, um diapasão), comprimem e descomprimem sucessiva e periodicamente o ar em volta da fonte sonora.
  9. 9. Características das ondas  A Frequência (f)  Número de vibrações por segundo.  A unidade do Sistema Internacional é o hertz (Hz) Comprimento de onda ()  Distância entre os inícios de duas cristas (ou ventres) consecutivos.  A unidade do Sistema Internacional é o metro (m) Período (T)  Tempo de uma vibração completa A unidade do Sistema Internacional é o segundo (s) Amplitude (A)  Distância máxima entre uma crista (ou um ventre) e a posição de equilíbrio. A unidade do Sistema Internacional é o metro (m)
  10. 10. Comprimento de onda, c.d.o. ()
  11. 11. Ondas com amplitudes (A) diferentes Características das ondas Ondas com períodos (T), frequências (f) e comprimentos de onda () diferentes
  12. 12. Exercício 2 O gráfico abaixo representa a propagação de uma onda. Quantas oscilações completas estão representadas na figura? R: O comprimento de onda está representado pela letra …. A amplitude da onda está representada pela letra …. Complete as frases seguintes com as letras A, B, C ou D da figura.
  13. 13. Exercício 3 Resposta: Observe a representação abaixo de uma onda. Indique o valor da amplitude (A) e do comprimento de onda ().
  14. 14. Considere, por exemplo, que há 100 oscilações completas em cada segundo. Para determinar o período, calcula-se o intervalo de tempo que uma oscilação demora a efectuar-se: s0,01TT  100 1 Se há 100 oscilações completas em cada segundo, então a frequência é de 100 Hz: Hz100f Logo, o período é o inverso da frequência e vice-versa f 1 T T 1 f Relação entre período (T) e frequência (f)
  15. 15. Exercício 4 Exemplos resolvidos Se f = 20 Hz sT 05,0 20 1  Se T = 4 s Hzf 25,0 4 1  Para resolver: f = 10 Hz T = T = 0,4 s f =
  16. 16. Exercício 5 O gráfico ao lado representa a propagação de uma onda. Cada quadrícula mede 2 cm de lado. Com base nas informações do gráfico, determine, em unidade S.I.: a) O comprimento de onda  = b) A amplitude A = c) O período T = c) A frequência f =
  17. 17. Exercício 6 R: A figura seguinte representa uma onda de frequência 20 Hz. a)Indique a amplitude (A). c) Calcule o período. b)Indique o c.d.o. ().
  18. 18. Velocidade Toda as ondas possuem uma velocidade de propagação. Geralmente a velocidade da onda depende do meio material onde ela se está a mover. Para calcular esta velocidade média é preciso dividir a distância percorrida pela onda pelo tempo. A tabela permite comparar, por exemplo, a velocidade do som em diferentes meios. Em que material o som se propaga com maior velocidade? Água ou ar? t d v   Características das ondas Meios materiais Velocidade de propagação do som (m/s) Ar (0 ºC) 330 Ar (20 ºC) 340 Água (20 ºC) 1480 Água (25 ºC) 1498 Cobre (20 ºC) 3750
  19. 19. Exercício 7 Resposta: Classifique as afirmações que se seguem como verdadeiras ou falsas. (A) A velocidade de propagação de som na água é maior do que no cobre, à mesma temperatura. (B) A velocidade de propagação do som na água é menor do que no ar, à mesma temperatura. (C) A velocidade de propagação do som na água a 25 ºC é igual à velocidade de propagação do som na água a 0 ºC. (D) A velocidade de propagação do som aumenta com a temperatura.
  20. 20. Exercício: Numa noite de trovoada, ouvi o trovão (som) 5 segundos após ter visto o relâmpago (descarga eléctrica com emissão de luz). A que distância caiu o relâmpago? No ar: Luz: v ≈ 300 000 000 m/s Som: v = 340 m/s Dados: v = 340 m/s t = 5 s Pedido: d = ? Resolução:  R: O relâmpago caiu a uma distância de 1700 m (1,7 km). t d v   5 340 d   d = 340  5 = 1700 m Velocidade de propagação – exercício resolvido t d v  
  21. 21. Exercício 8 R: A Sofia viu um relâmpago e passados 4 s ouviu o som do trovão. Sabendo que a velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s, a Sofia fez os cálculos e concluiu que o núcleo da trovoada estava a cerca de 3 km. Determine a distância e mostre que a Sofia errou nos seus cálculos.
  22. 22. Frequência (f) e comprimento de onda () fv   O produto entre o c.d.o. () e a frequência (f) é igual à velocidade de propagação da onda (v). Este facto é fácil de compreender fazendo uma analogia com o caminhar do adulto e da criança da figura ao lado. Os dois caminham lado a lado, ou seja, à mesma velocidade. Como a criança dá passos de menor comprimento, terá que, para acompanhar o adulto, movimentar as pernas com maior frequência (maior número de passos por segundo). As grandezas frequência e comprimento de onda relacionam-se através da expressão: Num dado meio material, quanto maior for a frequência (f) de uma onda sonora, menor será o seu comprimento de onda ().
  23. 23. Características das ondas – exercício resolvido
  24. 24. Características das ondas – exercício resolvido Exercício resolvido: Uma onda sonora de 20 Hz propaga-se no ar a uma velocidade de 340 m/s. Qual o seu comprimento de onda? Resolução: v = f ×  v = 340 m/s 340 = 20 ×  f = 20 Hz Então,  = 340  20 = 17 m  = ? O comprimento de onda é de 17 m.
  25. 25. Exercícios 9 e 10 R: Determine a frequência de uma onda sonora que se propaga na água com um comprimento de onda de 30 m. A velocidade de propagação na água é de 1500 m/s. Uma onda sonora de 5000 Hz propaga-se no ar (v = 340 m/s). Qual é o seu comprimento de onda? R:

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