Acústica

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

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-som Som audível Ultra-som 20 20.000 f (Hz)

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 

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.

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

Intensidade do Som Intensidade física: P constante A   I  A = Área E = Energia t = tempo P constante A   I  Unidade no SI:

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

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.

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.

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.

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.

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.).

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

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).

Observador em Repouso e fonte em movimento Fonte aproxima-se do observador O1: 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 O2, 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.

Observador em Repouso e fonte em movimento Para o observador O1, 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 O2, 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.

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

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

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

Solução - 3 A B VSom tSom d Alternativa C

Exercícios 4. (FEI-SP) Quando uma onda sonora atinge uma região em que a temperatura do ar é diferente altera-se: a freqüência. o comprimento de onda. o timbre. a intensidade do som. a altura do som. f constante Temperatura varia Densidade varia V e  variam Alternativa B

Exercícios 6. (Fatec-SP) Quando uma onda sonora periódica se propaga do ar para a água: o comprimento de onda aumenta. o comprimento de onda diminui. a freqüência diminui. a velocidade diminui. nda. f constante Densidade aumenta V e  aumentam Alternativa A

Exercícios 7. Uma pessoa em P1 emite um som que alcança o ouvido de outra pessoa, situada em P2, no fundo do mar. Qual dos caminhos mostrados na figura deste problema poderia representar a trajetória seguida pela onda sonora de P1 até P2? P1AP2. P1BP2. P1CP2. P1DP2. P1EP2. f constante Densidade aumenta V e  aumentam Ângulo aumenta Afasta da normal Alternativa D

Distância percorrida pelo som d= 2680= 1360m 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: um valor que não pode ser calculado com os dados fornecidos. 1 2 4 8 Distância percorrida pelo som d= 2680= 1360m Velocidade do som = 340m/s Alternativa D

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)

Exercícios – Solução 9 Alternativa C 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