AcústicaAcústica • Acústica é o estudo das ondas sonoras; • Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e tridimensionais; • Ondas sonoras não se propagam no vácuo; ì ì V Fonte oscilando com freqüência f Orelha Tímpano Nervo Cérebro Compressão Rarefação Vibração Acústica – A Freqüência do Som • Infra-som: sons com freqüências abaixo de 20Hz. Não perceptível ao ser humano; • Ultra-som: sons com freqüências acima de 20000Hz. Não perceptível ao ser humano; • Som audível: sons com freqüências perceptíveis ao ser humano (20Hz a 20000Hz) Infra-som Som audível Ultra-som 0 20 20.000 f (Hz) Acústica – A Velocidade do Som • As ondas sonoras propagam-se em meios sólidos, líquidos e gasosos, com velocidades que dependem das diferentes características dos materiais. De um modo geral, as velocidades maiores ocorrem nos sólidos e as menores, nos gases. • A 20°C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100m/s, na água líquida a 1450m/s e no ar a 343m/s. . . . Gas Líq Sól V V V > > | Densidade ¬ velocidade | Acústica – A Altura do Som • qualidade que permite diferenciar um som de alta freqüência (agudo) de um som de baixa freqüência (grave). A altura do som depende apenas da freqüência. Som alto - Freqüência maior - som agudo Som baixo - Freqüência menor - som grave • As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma freqüência característica. Acústica – A Intensidade do Som • qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco. A intensidade do som está relacionada com 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 Intensidade do Som • Intensidade física: • Unidade no SI: s m J · 2 2 m W t A E I A · = Potência P t E = = A A P I = A = Área E = Energia At = tempo P constante A + ¬ I | Intensidade do Som • Mínima intensidade física ou limiar de audibilidade (I o ): é o menor valor da intensidade física ainda audível, vale: 2 12 m W 10 ÷ = o I • Máxima intensidade física ou limiar de dor (I máx ): é o maior valor da intensidade física suportável pelo ouvido, vale: 2 m W 1 = máx I Intensidade do Som • Intensidade auditiva ou nível sonoro ( | ): o I I log 10 · = | • A unidade de nível sonoro, para a equação dada, é o decibel (dB). dB m W I dB m W I Máx Máx o o 120 1 0 10 2 2 12 = ¬ = = ¬ = ÷ | | • Um ambiente com: ¬40dB é calmo; ¬60dB é barulhento ¬mais de 80dB já constitui poluição sonora. Acústica – O Timbre do Som • Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. • O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento. Diapasão Flauta Violino Voz (letra a) Clarineta Reflexão do Som • Persistência acústica : menor intervalo de tempo para que dois sons não se separem no cérebro. A persistência acústica do ouvido humano é de 0,1s. • Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desde que os receba em intervalos de tempo maiores (ou iguais) a 0,1s. • Esse fato possibilita ao observador perceber o fenômeno da reflexão do som em três níveis: eco, reverberação e reforço. Reflexão do Som • At=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo observador e refletido seja recebido pelo mesmo. t ~ 0s At • Eco: ocorre quando At > 0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido. • Reverberação: ocorre quando At < 0,1s. Há um prolongamento da sensação auditiva. • Reforço: ocorre quando At ~ 0s. Há somente um aumento da intensidade sonora. Freqüências Naturais e Ressonância • Batendo-se numa das hastes do diapasão, as duas vibram com determinada freqüência (normalmente, 440Hz). Essa é a freqüência natural (ou própria) do diapasão. diapasão • Todos os corpos possuem uma freqüência própria (prédio, ponte, copo, etc.). Exemplo de Ressonância • A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonância, provocada pela vibração dos cabos metálicos existentes em sua estrutura. Suas amplitudes de oscilação aumentaram a ponto de provocar sua ruína Efeito Doppler • O efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui o fenômeno pelo qual um observador percebe uma freqüência diferente daquela emitida por uma fonte, devido ao movimento relativo entre eles (observador e fonte). • É o que acontece quando uma ambulância, com sua sirene ligada, passa por um observador (parado ou não). Enquanto a ambulância se aproxima, a freqüência por ele percebida é maior que a real (mais aguda); mas, à medida que ela se afasta, a freqüência percebida é menor (mais grave). Observador em Repouso e fonte em movimento • Fonte aproxima-se do observador O 1 : haverá um encurtamento aparente do comprimento de onda ì 1 , em relação ao ì normal. A freqüência percebida pelo observador será maior que a freqüência real da fonte. • Fonte afasta-se do observador O 2 , haverá um alongamento aparente do comprimento de onda ì 2 , em relação ao ì normal. A freqüência percebida pelo observador será menor que a freqüência real da fonte. O 1 O 2 V F Observador em Repouso e fonte em movimento • Para o observador O 1 , que se aproxima de F, haverá um maior número de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A freqüência por ele percebida será maior que a normal. • Para o observador O 2 , que se afasta de F, haverá um menor número de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A freqüência por ele percebida será menor que a normal. O 1 O 2 V V F V=0 Efeito Doppler - Conclusão • Movimento de aproximação entre fonte e observador: • Movimento de afastamento entre fonte e observador: EMITIDA RECEBIDA f f > EMITIDA RECEBIDA f f < Exercícios • 2. (PUC-RS) Quanto a sua natureza e forma de propagação, as ondas podem ser classificadas em eletromagnéticas ou mecânicas, de longitudinais ou transversais. Uma das evidências que as ondas sonoras são longitudinais é que elas não sofrem: a) reflexão. b) refração. c) interferência. d) polarização. e) difração. Alternativa D Exercícios • 3. (Unirio) Dois operários, A e B, estão parados no pátio de uma fábrica. Em certo instante, a sirene toca. O operário B ouve o som da sirene 1,5 s após o operário A tê-lo ouvido. Considerando a velocidade do som constante e de módulo 340 m/s, a distância, em metros, entre os dois operários é: A B Solução - 3 A B V Som At Som ¦ ¹ ¦ ´ ¦ = = = A ? 340 5 , 1 d s m V s t Dados Som Som d m d d t d V Som Som 510 5 , 1 340 = = ¬ A = Alternativa C Exercícios • 4. (FEI-SP) Quando uma onda sonora atinge uma região em que a temperatura do ar é diferente altera-se: a) a freqüência. b) o comprimento de onda. c) o timbre. d) a intensidade do som. e) a altura do som. Alternativa B f constante Temperatura varia Densidade varia V e ì variam Exercícios • 6. (Fatec-SP) Quando uma onda sonora periódica se propaga do ar para a água: a) o comprimento de onda aumenta. b) o comprimento de onda diminui. c) a freqüência diminui. d) a velocidade diminui. e) nda. Alternativa A f constante Densidade aumenta V e ì aumentam Exercícios • 7. Uma pessoa em P 1 emite um som que alcança o ouvido de outra pessoa, situada em P 2 , no fundo do mar. Qual dos caminhos mostrados na figura deste problema poderia representar a trajetória seguida pela onda sonora de P 1 até P 2 ? a) P 1 AP 2 . b) P 1 BP 2 . c) P 1 CP 2 . d) P 1 DP 2 . e) P 1 EP 2 . Alternativa D f constante Densidade aumenta V e ì aumentam Ângulo aumenta Afasta da normal Exercícios • 8. (Fafeod-MG) Uma pessoa, a 680m de distância de um obstáculo refletor, dá um grito e ouve o eco de sua voz. A velocidade do som no ar é de 340m/s. O tempo gasto entre a emissão do som e o momento em que a pessoa ouve o eco, em segundos, é igual a: a) um valor que não pode ser calculado com os dados fornecidos. b) 1 c) 2 d) 4 e) 8 Alternativa D Distância percorrida pelo som d= 2×680= 1360m Velocidade do som = 340m/s s t t t d V 4 340 1360 = A ¬ = A ¬ A = Exercícios • 9. (UFU-MG) Um estudante de Física se encontra a uma certa distância de uma parede, de onde ouve o eco de suas palmas. Desejando calcular a que distância se encontra da parede, ele ajusta o ritmo de suas palmas até deixar de ouvir o eco, pois este chega ao mesmo tempo que ele bate as mãos. Se o ritmo das palmas é de 30 palmas por minuto e a velocidade do som é de aproximadamente 330m/s, a sua distância da parede é de: Freqüência das palmas f=30 palmas/min Velocidade do som = 330m/s Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco (At) Exercícios – Solução 9 Freqüência das palmas f=30 palmas/min Velocidade do som = 330m/s Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco (At) m d d t d V s t t t t T s T f T s palmas f s palmas palmas f IDA IDA VOLTA IDA 330 1 330 1 2 2 1 1 1 2 1 60 30 min 1 30 = = ¬ = = ¬ + = A = = ¬ = = = ¬ = = Alternativa C