ONDAS SONORAS ACÚSTICA

Apresentação em tema: "ONDAS SONORAS ACÚSTICA"— Transcrição da apresentação:

1 ONDAS SONORAS ACÚSTICA
Professor Ilan Rodrigues

2 1. O Som Mecânica Longitudinal Tridimensional Mecânica Longitudinal
Necessita de um meio material para propagar-se. Meio Material AR Longitudinal F F Velocidade Pulso na mesma vibração da propagação da onda. Tridimensional Propagar-se em todas as direções.

3 2. Fisiologia da Audição Ouvido externo: capta o som.
Tímpano leva o som para o ouvido médio (martelo, bigorna e estribo) Quando o som chega no ouvido interno ele é amplificado de 30 a 60 vezes pela janela oval no inicio do labirinto e caracol. No ouvido interno estão as terminações nervosas que se comunicam com o cérebro) .

4 3. Velocidade de Propagação do Som
V = λ . f A Velocidade do som é depende da Densidade. A Velocidade do som depende da Temperatura 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. A Velocidade do som depende da Umidade Aviões supersônicos: possuem velocidade maior que o som no ar. A Velocidade do som não depende da Pressão Atmosférica e da Frequência

5 Quebra da barreira do som - Boom Acústico :
Ao se ultrapassar a barreira do som, é gerada uma onda de pressão sonora de alta intensidade, semelhante ao som de uma grande explosão. Se ocorrer próximo a cidades, pode ocasionar quebra de vidraças e telhas das residências.

6 Tipos de Sons Infra-som Som Audível Ultra-som 20 Hz 20.000 Hz
Ex: Ondas Sísmicas Ex: Cachorros , morcegos ...

7 O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura a seguir. O gráfico representa a variação da pressão que a onda sonora exerce sobre o medidor, em função do tempo, em μs (1 μs = 10­6 s). Analisando a tabela de intervalos de freqüências audíveis, por diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido apenas por a) seres humanos e cachorros b) seres humanos e sapos c) sapos, gatos e morcegos d) gatos e morcegos e) morcegos

8 3. Qualidades Fisiológicas do Som
3.1 Intensidade (Amplitude) (Volume do som) a) Forte A b) Fraco A

9 3. Qualidades Fisiológicas do Som
3.2 Altura (Frequência) a) Alto (Agudo) f b) Baixo (Grave) f

10 3. Qualidades Fisiológicas do Som
3.3 Timbre 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.

11 4. Reflexão do Som Persistência acústica
Quando as ondas sonoras atingem um obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase. 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.

12 4. Reflexão do Som 4.3 Eco Ocorre quando t  0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido. 17m Como D = 2.X e o tempo mínimo é de 0,1 s.

13 4. Reflexão do Som 4.2 Reverberação 4.3 Reforço
Ocorre quando t < 0,1s. Há um prolongamento da sensação auditiva. 4.3 Reforço Ocorre quando t  0s. Há somente um aumento da intensidade sonora.

14 5. Intensidade Sonora P constante A   I  Unidade no SI: A = Área
E = Energia t = tempo P constante A   I  Unidade no SI:

15 Potência da fonte (Watts) Área atravessada pelo som (m2)
5. Intensidade Sonora Potência da fonte (Watts) P I = A Área atravessada pelo som (m2) r P I = 4.π.r 2

16 Limiar de Audiobilidade
5. Intensidade Sonora Silêncio Absoluto Som Fisiológico Poluição Sonora I (W/m2) W/m2 1 W/m2 Limiar de Dor Limiar de Audiobilidade

17 6. Nível Sonoro (Intensidade Auditiva)
É a relação entre a intensidade do som ouvido pela intensidade mínima. A unidade de nível sonoro, para a equação dada, é o decibel (dB). Silêncio Absoluto Som Fisiológico Poluição Sonora 0 db 120 db N (dB) I (W/m2) I0 = W/m2 1 W/m2 Limiar de Audiobilidade Limiar de Dor

18 Exercícios 01. (FEI-SP) Um jornal publicou, recentemente, um artigo sobre o ruído e sua influência na vida dos seres vivos. Esse artigo comentava, por exemplo, que, se uma vaca ficasse passeando pela Avenida Paulista durante um certo tempo, ela não daria mais leite, e uma galinha deixaria de botar ovos. Considerando Io=1012W/m2, num local onde o ruído atinge 80dB, a intensidade sonora, em W/m2, é:

19 7. Cordas Vibrantes Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, é posta a vibrar, originam-se ondas transversais que se propagam ao longo do seu comprimento, refletem-se nas extremidades e, por interferência, ocasionam a formação de ondas estacionárias. λ /2 λ /2 λ /2 λ /2 A corda, vibrando estacionariamente, transfere energia ao ar em sua volta, dando origem às ondas sonoras que se propagam no ar. A freqüência dessa onda é igual à freqüência de vibração da corda. Assim, uma corda vibrante (ou corda sonora) é uma fonte sonora. λ /2 λ /2 λ 3λ/2 2λ λ /2 λ /2 λ /2 λ /2

20 (mesmo L  corda fina  V   f ).
Exemplos de Cordas Vibrantes No violão todas as cordas são de mesmo tamanho, mas possuem espessuras diferentes para possibilitar sons diferentes (mesmo L  corda fina  V   f ).

21 λ L = λ/2 1 v 2 f Som Fundamental = 2.L λ 2 . L = λ/2 λ/2 2 v λ L f N
3 λ L = λ/2 λ/2 λ/2 3 v 2 f = 2.L 2 . L λ = 3

22 NOTA: Velocidade e tração na corda
Velocidade de propagação (m/s) Força de Tração (N) Densidade Linear (Kg/m)

23 Exercícios (PUC-MG) A figura ao lado mostra uma corda vibrando no estado estacionário. A afirmativa incorreta é: O comprimento de onda é 120 cm. A corda vibra no terceiro harmônico. A distância entre um ventre e um nó consecutivo é 30cm. O ponto P da corda vibra em movimento harmônico simples. Se a velocidade de propagação vale 7,2m/s, a freqüência de vibração vale 8,64Hz. 1,80m P

24 Exercícios Alternativa E Pela figura temos:
L=1,80m (comprimento da corda) n=3 (Terceiro harmônico) 1,80m P 0,60m 0,3m nó ventre Alternativa E

25 7. Tubos Sonoros Na flauta transversal e nos tubos de órgão o som é produzido por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro. No trompete e no berrante o som é produzido pelos lábios do executante; Se uma fonte sonora for colocada na extremidade aberta de um tubo, as ondas sonoras emitidas irão superpor-se às que se refletirem nas paredes do tubo, produzindo ondas estacionárias com determinadas freqüências. Uma extremidade aberta sempre corresponde a um ventre (interferência construtiva) e a fechada, a um nó (interferência destrutiva). Nos instrumentos de madeira, com o oboé, o som é produzido pela palheta;

26 7.1 Tubos Abertos 1 . v 2 λ f L = = 2.L λ/4 λ/4 4 λ 2 . L = 4 λ L = N
6 λ L 3 . v V V V V = f 4 = λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 2.L 2.L Nó Nó Nó λ = 3

27 7.2 Tubos Fechados λ L = 1 . v f 4 = 4.L λ/4 λ 4 . L = 3λ L = 3 . v f
Nó = L 3λ L = 3 . v f V 4 N . v f λ/4 λ/4 λ/4 = 4.L V Nó 4L 4.L Nó λ = 3 N = 1, 3, 5, 7 ... L 5λ L = 5 . v V V V V f 4 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4 4.L λ 4 . L = Nó Nó Nó 5

28 1) Cordas Vibrantes 2) Tubo Aberto 3) Tubo Fechado Harmônico λ 2 λ 2 λ
= 2.L 2 N = 1, 2, 3, 4, 5 ... 2) Tubo Aberto N . v λ f = 2.L 2 N = 1, 2, 3, 4, 5 ... 3) Tubo Fechado λ N . v f = 4 4.L N = 1, 3, 5, 7 ...

29 Exercícios (U. Amazonas-AM) Para medir a freqüência de uma onda sonora, utiliza-se um tubo de secção reta circular, provido de um êmbolo, contendo partículas leves que acompanham as vibrações da onda, indicando a formação de ventres e nós. A figura abaixo mostra a situação em que a posição do êmbolo permite a formação de ondas estacionárias no interior do tubo. Considerando a velocidade do som no ar, dentro do tubo, 340m/s e o comprimento efetivo do tubo 60cm, a freqüência do som, em Hz, é:

30 Solução Pela figura: terceiro harmônico V=340m/s L = 60cm = 0,6m
Alternativa C Terceiro Harmônico

31 8 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).

32 8 Efeito Doppler + vsom _ vouvinte fAparente fReal = vsom + _ vFonte
Aproximação Som percebido é mais alto. Afastamento Som percebido é mais baixo. + vsom _ vouvinte fAparente fReal = vsom + _ vFonte

33 Fonte e ouvinte em repouso
Vf = 0 VSom VO = 0 Ouvinte Fonte 1 + vsom _ vouvinte fAparente fReal fAparente fReal = = vsom + _ vFonte

34 Fonte se aproximando do ouvinte
Vf VO VSom Ouvinte Fonte vsom _ + vouvinte + fAparente fReal fAparente fReal > = _ vsom + _ vFonte

35 Fonte se afastando do ouvinte
Vf VO VSom Ouvinte Fonte _ vsom _ + vouvinte fAparente fReal fAparente fReal < = vsom + + _ vFonte