O que você deve saber sobre Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova O que você deve saber sobre ACÚSTICA 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.

Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 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. ACÚSTICA

II. Propriedades fisiológicas do som Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 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

II. Propriedades fisiológicas do som Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova II. Propriedades fisiológicas do som Menor intensidade captada por uma orelha humana normal (limiar de audibilidade): I0 = 1 . 10-12 W/m2. Intensidade máxima suportável (limiar de dor): I = 1 W/m2. O logaritmo da razão entre duas intensidades I e I0 é conhecido como nível sonoro. Na escala mais comum, o decibel (dB), temos: Níveis sonoros exemplificados por ruídos do cotidiano ACÚSTICA

II. Propriedades fisiológicas do som Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova II. Propriedades fisiológicas do som 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. ACÚSTICA

III. Fenômenos ondulatórios Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 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

III. Fenômenos ondulatórios Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova III. Fenômenos ondulatórios 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. ACÚSTICA

III. Fenômenos ondulatórios Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova III. Fenômenos ondulatórios Interferência sonora Ocorre quando duas ondas sonoras se superpõem. Se têm mesma amplitude e frequências muito próximas, ocorre o chamado batimento. 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

III. Fenômenos ondulatórios Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova III. Fenômenos ondulatórios 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. LEVENT KONUK/SHUTTERSTOCK ACÚSTICA

IV. Cordas vibrantes Ondas estacionárias Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 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

Ondas Clique na imagem para ver a animação. Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova Professor: o aluno deve ser levado a perceber que, quando a extremidade é fixa, um nó nessa extremidade leva a onda a ficar invertida. Mostre que a extremidade livre, por outro lado, proporciona um efeito de onda refletida. É necessário também que o aluno tenha clareza da ideia de pulso, na física ondulatória, e de que o pulso não “carrega” matéria, só energia. ACÚSTICA

Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 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

V. Efeito Doppler Tubos sonoros Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões deles são totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por: ACÚSTICA

V. Efeito Doppler Tubos sonoros 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

a) propaga-se no vácuo com a mesma velocidade que a luz. Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 1 (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. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D O som é uma onda mecânica e, portanto, necessita de um meio material para se propagar (por exemplo, o ar). ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 2 (PUC-SP) O ouvido humano é capaz de perceber som, isto é, ondas mecânicas de frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz. Entretanto, sabe-se que alguns animais são capazes de perceber som em frequências acima de 20.000 Hz. Os cães, por exemplo, detectam sons de até 50.000 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 vsom = 340 m/s. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: Sabendo que x = 10 mm = 0,01 m, pela equação fundamental da ondulatória temos: v = λf  340 = 0,01 . f f = 34.000 Hz Como f > 20.000 Hz, o ser humano não é capaz de ouvir esse som. Mas como f < 50.000 Hz, os cães o ouvem. Professor: poucas pessoas conseguem perceber sons próximos ao limite de 20.000 Hz. E esse limite de altas frequências decresce com a idade. Uma solução prática para melhorar a qualidade de vida do idoso seria colocar a campainha da casa, do telefone etc. em frequências mais baixas, para as quais a percepção auditiva ainda se mantém razoavelmente intacta. ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 5 (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. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 8 (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 = 3,0 ∙ 10-4 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. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: E Professor: o diapasão transmite a mesma frequência à fonte seguinte, independentemente do meio. ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

a) 34. b) 68. c) 170. d) 340. e) 408. RESPOSTA: B 14 Fis-cad-2-top-4 – 3 Prova 14 (FEI-SP) Uma fonte sonora, em repouso, emite som com frequência de 1.000 Hz, no ar. Para que uma pessoa perceba esse som com uma frequência de 1.200 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. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: B ACÚSTICA – NO VESTIBULAR