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ACÚSTICA O que você deve saber sobre O aparelho auditivo humano é capaz de distinguir um amplo espectro de frequências e captar sons de intensidade muito.

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1 ACÚSTICA O que você deve saber sobre O aparelho auditivo humano é capaz de distinguir um amplo espectro de frequências e captar sons de intensidade muito variada. Porém, a vida em grandes centros urbanos e o uso inadequado de aparelhos portáteis de som têm provocado um crescente contingente de indivíduos com problemas permanentes de audição. Vamos revisar o efeito Doppler, que é muito importante para a cosmologia – pois sugere a expansão do universo a partir de um único evento (big bang) – e tem ampla aplicação na medicina.

2 ACÚSTICA I. Ondas sonoras São ondas mecânicas, ou seja, que necessitam de um meio para se propagar. Devido à sua natureza longitudinal, ocorrem zonas alternadas de compressão e de rarefação das moléculas do meio.

3 II. Propriedades fisiológicas do som Altura: está relacionada à frequência do som. Intensidade (I): é definida como a razão entre a potência P de uma onda sonora e a área A atravessada por ela: ACÚSTICA

4 II. Propriedades fisiológicas do som Menor intensidade captada por uma orelha humana normal (limiar de audibilidade): I 0 = W/m 2. Intensidade máxima suportável (limiar de dor): I = 1 W/m 2. O logaritmo da razão entre duas intensidades I e I 0 é conhecido como nível sonoro. Na escala mais comum, o decibel (dB), temos: Níveis sonoros exemplificados por ruídos do cotidiano ACÚSTICA

5 Timbre: permite diferenciar o emissor de um som, mesmo que diversas fontes emitam simultaneamente sons de mesma altura e intensidade. Os timbres dos vários instrumentos e da voz humana são diferentes porque são constituídos por misturas de frequências. II. Propriedades fisiológicas do som ACÚSTICA

6 III. Fenômenos ondulatórios Reflexão do som O cérebro humano tem persistência acústica de cerca de 0,1 s: se dois sons chegarem à orelha num intervalo de tempo menor que esse, a pessoa não será capaz de distingui-los. O som refletido é chamado de: eco: o tempo de reflexão é superior a 0,1 s. O indivíduo ouve o som emitido e o som refletido separadamente. reverberação: o tempo é ligeiramente inferior a 0,1 s. A sensação do som emitido está começando a desaparecer quando ele é reforçado pelo som refletido. O indivíduo interpreta o som original como tendo duração ampliada. reforço: o tempo é bem inferior a 0,1 s. O organismo não distingue os sons, interpretando-os como um som único, de intensidade maior. ACÚSTICA

7 Difração do som O som consegue contornar uma abertura (ou obstáculo), desde que as dimensões dessa abertura sejam próximas do comprimento da onda sonora. No ar, respeitando-se o espectro de frequências audíveis, essas dimensões situam-se entre 1,7 cm e 17 m. III. Fenômenos ondulatórios ACÚSTICA

8 Interferência sonora Ocorre quando duas ondas sonoras se superpõem. Se têm mesma amplitude e frequências muito próximas, ocorre o chamado batimento. III. Fenômenos ondulatórios As ondas vermelhas e azuis têm amplitude e frequências muito próximas. Quando combinadas, geram as ondas em magenta, que batem ou pulsam. Observe as regiões de interferência destrutiva, em que a amplitude é praticamente zero, e as regiões de interferência construtiva, com uma amplitude que é praticamente o dobro da inicial. A frequência da onda resultante do batimento depende das frequências das ondas originais: ACÚSTICA

9 Ressonância Toda fonte oscilante possui uma frequência de vibração natural (ou própria). Se essa fonte receber estímulos de frequência similar à natural, a amplitude de vibração pode aumentar, o que caracteriza a ressonância. Se o aumento for drástico, o material pode se romper. III. Fenômenos ondulatórios ACÚSTICA LEVENT KONUK/SHUTTERSTOCK

10 IV. Cordas vibrantes Ondas estacionárias Se aplicarmos um pulso numa corda fixa nas duas extremidades, a onda se propaga em ambas as direções, se reflete e retorna, provocando interferência. As ondas estacionárias apresentam uma forma característica em gomo. São infinitos harmônicos, e cada um apresenta um gomo a mais que o harmônico precedente. Para o n-ésimo modo de vibração, valem as expressões: ACÚSTICA

11 Ondas Clique na imagem para ver a animação. ACÚSTICA

12 V. Efeito Doppler Fenômeno segundo o qual a frequência do som ouvida pelo observador é diferente da emitida pela fonte, devido ao movimento relativo entre eles. A frequência percebida pelo observador muda porque as frentes de onda se aproximam na direção do movimento. Ela obedece à seguinte expressão : ACÚSTICA

13 Tubos sonoros ACÚSTICA V. Efeito Doppler Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões deles são totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por:

14 Tubos sonoros V. Efeito Doppler Em tubos fechados, apenas os harmônicos ímpares são permitidos. No caso deles, vale a relação: A variável i assume valores da sequência dos números ímpares {1,3,5,...} ACÚSTICA

15 (UFPR) Identifique uma propriedade característica do som dentre as propostas a seguir: a) propaga-se no vácuo com a mesma velocidade que a luz. b) tem velocidade de 340 m/s, qualquer que seja o meio. c) tem o mesmo comprimento de onda, qualquer que seja o meio. d) necessita de um meio material para se propagar. e) não se propaga no ar. RESPOSTA: D O som é uma onda mecânica e, portanto, necessita de um meio material para se propagar (por exemplo, o ar). 1 ACÚSTICA – NO VESTIBULAR EXERC Í CIOS ESSENCIAIS

16 (PUC-SP) O ouvido humano é capaz de perceber som, isto é, ondas mecânicas de frequências entre 20 Hz e Hz. Entretanto, sabe-se que alguns animais são capazes de perceber som em frequências acima de Hz. Os cães, por exemplo, detectam sons de até Hz. Nota: A nomenclatura atual sugere que se use o termo orelha em vez de ouvido. Desta forma, se um apito produzir ondas mecânicas no ar, de comprimento igual a 10 mm, quem as ouve? (Uma pessoa ou um cão?) Adote v som = 340 m/s. RESPOSTA: Sabendo que x = 10 mm = 0,01 m, pela equação fundamental da ondulatória temos: v = λf 340 = 0,01. f f = Hz Como f > Hz, o ser humano não é capaz de ouvir esse som. Mas como f < Hz, os cães o ouvem. 2 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

17 (Fuvest-SP) Uma corda de violão tem 0,60 m de comprimento. Os três maiores comprimentos de onda que geram onda estacionária nesta corda são respectivamente: a) 1,20 m; 0,60 m e 0,40 m. b) 1,20 m; 0,60 m e 0,30 m. c) 0,60 m; 0,30 m e 0,20 m. d) 0,60 m; 0,30 m e 0,15 m. e) 0,60 m; 0,20 m e 0,12 m. 5 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

18 (UFPR) Uma das extremidades de um fio está presa a um diapasão elétrico, e a outra extremidade está presa a um peso de 3 N, que mantém o fio esticado. Quando o diapasão vibra com uma determinada frequência constante, o fio apresenta a configuração do 3º harmônico, como mostra o esquema a seguir: Sabendo-se que o comprimento do fio vibrante é = 1,0 m e que sua densidade linear é μ = 3, kg/m, deduzimos que a frequência do diapasão, nestas circunstâncias, é de: a) 50 Hz. b) 75 Hz. c) 100 Hz. d) 125 Hz. e) 150 Hz. 8 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: E ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

19 (FEI-SP) Uma fonte sonora, em repouso, emite som com frequência de Hz, no ar. Para que uma pessoa perceba esse som com uma frequência de Hz, ela deve aproximar-se da fonte com uma velocidade, em m/s, igual a: a) 34. b) 68. c) 170. d) 340. e) 408. Dado: velocidade do som no ar = 340 m/s. 14 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: B ACÚSTICA – NO VESTIBULAR


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