Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Ciências Ensino Fundamental, 9º Ano Conceito de onda e som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos

Algumas curiosidades... Como os morcegos conseguem localizar um inseto mesmo enxergando tão mal? Como é formada uma imagem numa ultrassonografia? Por que, quando uma ambulância se aproxima de nós com a sirene ligada, o som parece estar oscilando mais do que quando ela se afasta? Imagem: Autor desconhecido / disponibilizado por Isis / Public domain. Como o sonar, que é tão fundamental na navegação ou localização, funciona? Por que, quando cai um raio, só ouvimos o trovão depois de certo tempo? Mas antes de respondê-las, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ... Imagem: Autor Scott Sanchez / Public domain

Um dos espetáculos mais famosos e incríveis durante as competições esportivas é a “ola” da torcida. Ondas Visto de longe, a impressão é que a massa humana se move toda para um lado das arquibancadas. Mas sabemos que isso não é verdade: cada torcedor se move na direção vertical, e apenas quando recebe o ‘sinal’, cada integrante da torcida responde à perturbação e, por assim dizer, ‘oscila’ em torno de sua posição de equilíbrio, de modo que o que se desloca na arquibancada não são os torcedores, mas o sinal ou perturbação. Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição.

Assim como as “olas”, as Ondas são perturbações que se propagam em um meio. Na propagação APENAS A ENERGIA É TRANSPORTADA, não havendo transporte de matéria. Ondas Imagem: Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License

O reflexo de uma paisagem. As ondas no cotidiano As ondas estão sempre presentes nos mais diversos fenômenos e situações do cotidiano. O reflexo de uma paisagem. Uma radiografia. O som de um violão. Imagem: Meanos / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Imagem: Miguel303xm / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License

Natureza das Ondas As Ondas podem ter natureza Mecânica ou Eletromagnética Ondas Mecânicas: Ondas que necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de deformações provocadas em meios elásticos. Transportam apenas energia mecânica. Ex.: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras, ondas sísmicas, etc. Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Natureza das Ondas Ondas Eletromagnéticas: Ondas que NÃO necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de vibrações de cargas elétricas. Transportam “pacotes” de energia que são os Fótons ou Quanta de energia. Ex.: Ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou de TV, micro-ondas, raios X, etc. Imagem: Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Tipos de Ondas Ondas Unidimensionais: Quando se propagam numa só direção (uma dimensão - 1d). Ex.: Som se propagando numa linha, ondas em uma corda, etc. Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Ondas Bidimensionais: Quando se propagam ao longo de um plano (duas dimensões – 2d). Ex.: Ondas na superfície da água. Imagem: Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens

Tipos de Ondas Ondas Tridimensionais: Quando se propagam em tosas as direções (três dimensões – 3d). Ex.: Ondas Sísmicas, ondas sonoras (SOM) no ar, etc. epicentro foco falha ondas Imagem: Autor Dollynarak / Public domain.

Classificação das Ondas Ondas Transversais: Ondas em que a direção de vibração é PERPENDICULAR à de propagação. Ex.: Ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas, a “ola” comentada no início da aula, etc. Direção de vibração Propagação Ondas Longitudinais: Ondas em que a direção de vibração é a MESMA que a de propagação. Ex.: Ondas sonoras (Som), onda em uma mola vertical sustentando um peso, etc. Propagação Direção de vibração

Componentes de uma Onda Imagem: AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License

Fenômenos ondulatórios Reflexão A’ A obstáculo ondas refletidas ondas incidentes As ondas que se propagam num meio material "batem" em obstáculos e "voltam" para esse mesmo meio sem sofrer perdas consideráveis de energia.

Refração Fenômenos ondulatórios Quando a Onda passa de um meio para outro com propriedades distintas, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante sua frequência, sofre DESVIOS.

Difração Fenômenos ondulatórios Capacidade que as ondas têm de contornar obstáculos que possuem a mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda, modificando sua direção de propagação. Imagem: Autor Barakitty /  GNU Free Documentation License

Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA em uma única direção ou plano. Fenômenos ondulatórios Imagem: Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License Polarização Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA em uma única direção ou plano. OBS.: A Polarização só ocorre com Ondas Transversais!

Imagem: Autor Sakurambo / Public domain Fenômenos ondulatórios Interferência Imagem: Autor Sakurambo / Public domain Quando duas ou mais ondas que se propagam num meio se superpõem, havendo uma “soma” de suas amplitudes.

Interferência 1. Quando ocorre o encontro de duas cristas, ambas aumentam sua amplitude. 2. Quando dois vales se encontram sua amplitude é igualmente aumentada e os dois abaixam naquele ponto. + = 3. Quando um vale e uma crista se encontram, ambos irão querer puxar cada elevação para o seu lado. Se as amplitudes forem iguais, elas se cancelam (A = 0). Se diferentes, elas se subtraem.

Velocidade da Onda 𝑣= 𝜆 𝑇 𝑣=𝜆∙𝑓 A velocidade de uma onda é a distância percorrida por uma onda por unidade de tempo. É a velocidade com que uma perturbação se propaga num determinado meio. 𝑣= 𝜆 𝑇 𝑣=𝜆∙𝑓 𝑜𝑢 𝒐𝒏𝒅𝒆 𝒗≡𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 ( 𝒎 𝒔 →𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔) 𝜆≡𝑪𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒎→𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒇≡𝑭𝒓𝒆𝒒𝒖ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝑯𝒛→𝒉𝒆𝒓𝒕𝒛 𝑻≡𝑷𝒆𝒓í𝒐𝒅𝒐 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒔→𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔

Som O som é a propagação de uma perturbação num meio mecânico. O que é o som e como ele é produzido? O som é a propagação de uma perturbação num meio mecânico. Obs.: Os sons são Ondas Mecânicas, Longitudinais e Tridimensionais.

Produzindo uma onda sonora Diapasão Imagem: Wollschaf / GNU Free Documentation License Regiões de Alta e Baixa Pressão

Como ouvimos um som? As moléculas do ar junto à membrana do tímpano vibram, fazendo com que a membrana também comece a vibrar. A vibração do tímpano é transmitida ao sistema ósseo, constituído pelo martelo, bigorna e estribo (menores ossos do corpo humano), passando pelos canais semicirculares que fazem a ligação ao nervo auditivo. A vibração é convertida em impulso elétrico que é comunicado ao cérebro. Imagem: Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License

Fenômenos sonoros Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1 s). Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas. Reverberação: Em grandes salas fechadas, ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão.

Algumas tirinhas interessantes http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/images/tira336.gif http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/images/tira147.gif

A Frequência do Som Infrassom: sons com frequências abaixo de 20 Hz. Ultrassom: sons com frequências acima de 20 KHz. Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser humano (20 Hz a 20 KHz). Espectro Sonoro 20 000 20 frequência Ultra-sons Sons audíveis infra-sons Sons musicais Sons desagra-dáveis 5 000 Imagens:(aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication; (orelha) Autor David Benbennick /  GNU Free Documentation License; (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

Para refletir um pouco: As explosões no espaço são sempre mostradas nos cinemas acompanhadas de grandes estrondos. Isso acontece realmente? Ou seja, é possível ouvir o som de uma explosão no espaço? Lembre: Sendo o som uma onda mecânica, ela não pode se propagar no vácuo!

 Densidade  Velocidade  A Velocidade do Som A velocidade de propagação das ondas sonoras é independente da fonte sonora, dependendo apenas da natureza do meio material elástico que vibra. Como o som se propaga de molécula para molécula, então, QUANTO MAIOR A DENSIDADE do meio material em que o som se propaga, MAIOR A SUA VELOCIDADE nesse meio, visto que as moléculas estão mais próximas entre si, facilitando a propagação dessa perturbação. Gasoso Líquido Sólido Menor velocidade de propagação Maior velocidade de propagação  Densidade  Velocidade  Vsólido > Vlíquido > Vgasoso

A Velocidade do Som No ar, a 20 ºC, a velocidade do som é 343 m/s. http://cfq8.wikispaces.com/file/view/Calvin_Velocidade_Som.png/31315839/Calvin_Velocidade_Som.png

Altura do Som Qualidades do Som Qualidade que permite diferenciar um som agudo (alta frequência) de um som grave (baixa frequência). Obs.1: A altura do som depende apenas da frequência da fonte emissora. Obs.2: As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma frequência característica. Frequência baixa – som grave Frequência baixa – som agudo

Timbre do Som Qualidades do Som Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. É a “Identidade do som”. Obs.: O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento. Flauta Xilofone Imagens: Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.

Som de maior intensidade Qualidades do Som Intensidade do Som Qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco. Obs.: A intensidade do som está relacionada com a energia que a onda transfere e com a amplitude da onda. Som forte Som fraco Amplitude Tempo Um som de maior volume Uma onda sonora de maior amplitude. Maior transporte de energia pela onda Som de maior intensidade

140 130 120 110 100 125 115 105 90 95 80 85 70 75 60 65 50 55 40 45 30 35 10 25 15 5 Nível Sonoro Decolagem de um avião Limiar da dor Walkman Banda rock É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. É medida em decibel (dB). Trânsito intenso Escritório Biblioteca Conversa Quarto Parque 0 Limiar da audição (dB)

Entre 30 e 60 dB: distúrbios psíquicos de irritação; - perda de atenção; em alguns casos: diminuição e perda da libido e da potência sexual. Efeitos Fisiológicos do som

Efeitos Fisiológicos do som Entre 60 e 90 dB: Efeitos Fisiológicos do som - reações neurovegetativas; - aumento da tensão arterial; - aceleração do ritmo cardíaco; - surgimento da fadiga.

Acima de 90 dB os riscos são considerados críticos. Efeitos Fisiológicos do som A partir de 140 dB podem produzir surdez irreversível, ainda que de curta duração.

Vamos Exercitar?

Para responder (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:

Solução VSom tSom d 𝒗 𝒔𝒐𝒎 = 𝒅 ∆𝒕 𝒔𝒐𝒎 ⟹𝟑𝟒𝟎= 𝒅 𝟏,𝟓 𝒅=𝟓𝟏𝟎 𝒎

Extras VÍDEOS DO YOUTUBE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL LABORATÓRIO VIRTUAL O Mundo de Beakman - O Som, Beakmania e Explosões S01EP8 Parte 1 Link: http://www.youtube.com/watch?v=MoI_TL7C5cQ&feature=related De onde vem a onda. Link: http://www.youtube.com/watch?v=yR0bIInBHhc   SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Onda numa corda Link: http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.html Som Link: http://phet.colorado.edu/en/simulation/sound LABORATÓRIO VIRTUAL Feira de Ciências Link: http://www.feiradeciencias.com.br MÚSICA Como uma onda – Lulu Santos Link: http://letras.terra.com.br/lulu-santos/47132/ CURIOSIDADE Som e o corpo humano Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_51.asp EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS Projete sua voz Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_54.asp

Bibliografia BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010. GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, 2011. GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, 2011. <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 23/05/2012. <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 23/05/2012. <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 23/05/2012. <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 23/05/2012. <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 23/05/2012. <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 23/05/2012. <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 23/05/2012. <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 23/05/2012. <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 23/05/2012. <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 23/05/2012.

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   2a Autor desconhecido / disponibilizado por Isis / Public domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eco.jpg 19/11/2012 2b Autor Scott Sanchez / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Red_Lights_and_Sirens.jpg 4 Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arun_image30.jpg 30/10/2012 5.a Meanos / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bend_guitar.jpg 5.b Miguel303xm / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Circo_y_cima_de_Pe%C3%B1alara1.JPG 5.c Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Medical_X-Ray_imaging_MPM06_nevit.jpg 6, 8a Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wave_in_a_rope.png 7 Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum_es.svg 8b Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01-14_Surface_waves.jpg?uselang=pt-br

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   9 Autor Dollynarak / Public domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epicenter.gif 19/11/2012 11 AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda.png 30/10/2012 14 Autor Barakitty /  GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diffraction_of_laser_beam_on_grating.JPG 15 Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License http://en.wikipedia.org/wiki/File:CircularPolarizer.jpg 16 Autor Sakurambo / Public domain http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Young_diffraction.svg&page=1 20 Wollschaf / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stimmgabel.jpg 21 Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Anatomia_do_Ouvido_Humano.svg&page=1 24a (aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brown_spider.svg 24b (orelha) Autor David Benbennick /  GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ear.jpg

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   24c (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bat_icon.svg?uselang=pt-br 19/11/2012 29a Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_flauta.png 29b http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_xilofone.png