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Acústica. Acústica é o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e tridimensionais; Ondas sonoras não se propagam no vácuo;

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1 Acústica

2 Acústica é o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e tridimensionais; Ondas sonoras não se propagam no vácuo;

3 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-somSom audívelUltra-som f (Hz)

4 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. Densidade velocidade

5 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.

6 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

7 Intensidade do Som Intensidade física: Unidade no SI: A = Área E = Energia t = tempo P constante A I

8 Intensidade do Som Mínima intensidade física ou limiar de audibilidade (I o ): é o menor valor da intensidade física ainda audível, vale: Máxima intensidade física ou limiar de dor (I máx ): é o maior valor da intensidade física suportável pelo ouvido, vale:

9 Intensidade do Som Intensidade auditiva ou nível sonoro ( ): A unidade de nível sonoro, para a equação dada, é o decibel (dB). Um ambiente com: 40dB é calmo; 60dB é barulhento mais de 80dB já constitui poluição sonora.

10 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.

11 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.

12 Reflexão do Som t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo observador e refletido seja recebido pelo mesmo. t 0s t Eco: ocorre quando t 0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido. Reverberação: ocorre quando t < 0,1s. Há um prolongamento da sensação auditiva. Reforço: ocorre quando t 0s. Há somente um aumento da intensidade sonora.

13 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.).

14 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

15 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. 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.

16 Corda Vibrante n= 1; 2; representa o número do harmônico; V= velocidade da onda na corda; = comprimento de onda da onda na corda; L 1 o harmônico L 2 o harmônico L 3 o harmônico f= freqüência de vibração da corda = freqüência da onda sonora produzida pela mesma.

17 Exemplos de Cordas Vibrantes Na harpa todas as cordas são da mesma espessura, mas possuem tamanhos diferentes para possibilitar sons diferentes (mesma Tração mesma V ; L f ). No violão todas as cordas são de mesmo tamanho, mas possuem espessuras diferentes para possibilitar sons diferentes (mesmo L corda fina V f ).

18 Tubos Sonoros 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).

19 Tubos Sonoros – Tubo Aberto n= 1; 2; 3... representa o número do harmônico L 1 /2 L 2 /2 L 3 /2

20 Exemplos de Tubos Abertos No trompete e no berrante o som é produzido pelos lábios do executante; Nos instrumentos de madeira, com o oboé, o som é produzido pela palheta; Na flauta transversal e nos tubos de órgão o som é produzido por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.

21 Tubos Sonoros – Tubo Fechado n=1 ; 3 ; 5... representa o número do harmônico. L 1 /4 L 3 /4 L 5 /4 No tubo fechado, obtêm-se freqüências naturais apenas dos harmônicos ímpares.

22 Exemplo de Tubos Fechados A freqüência do som emitido por um tubo sonoro depende do comprimento do tubo

23 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).

24 Observador em Repouso e fonte em movimento Fonte aproxima-se do observador O 1 : haverá um encurtamento aparente do comprimento de onda 1, em relação ao 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 2, em relação ao normal. A freqüência percebida pelo observador será menor que a freqüência real da fonte.

25 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.

26 Efeito Doppler - Conclusão Movimento de aproximação entre fonte e observador: Movimento de afastamento entre fonte e observador:

27 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

28 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

29 Solução - 3 A B V Som t Som d Alternativa C

30 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 variam

31 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 aumentam

32 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 aumentam Ângulo aumenta Afasta da normal

33 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

34 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 ( t)

35 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 ( t) Alternativa C

36 Exercícios 15. (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 I o =10 12 W/m 2, num local onde o ruído atinge 80dB, a intensidade sonora, em W/m 2, é: Alternativa A

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

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

39 Exercícios (FuvestSP) Um músico sopra a extremidade aberta de um tubo de 25cm de comprimento, fechado na outra extremidade, emitindo um som na freqüência f =1700Hz. A velocidade do som no ar, nas condições do experimento, é V=340m/s. Dos diagramas abaixo, aquele que melhor representa a amplitude de deslocamento da onda sonora estacionária, excitada no tubo pelo sopro do músico, é: Alternativa E

40 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:

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


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