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Acústica. Acústica. Acústica é o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e tridimensionais; Ondas sonoras não se propagam no vácuo;. Infra-som. Som audível. Ultra-som. f (Hz). 0. 20. 20.000. Acústica – A Freqüência do Som.
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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;
Infra-som Som audível Ultra-som f (Hz) 0 20 20.000 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)
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 Maior transporte de energia pela onda Uma onda sonora de maior amplitude. Som de maior intensidade
A = Área E = Energia t = tempo P constante A I Intensidade do Som • Intensidade física: • 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:
A unidade de nível sonoro, para a equação dada, é o decibel (dB). Intensidade do Som • Intensidade auditivaounível sonoro ( ): • 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.
t 0s t Reflexão do Som • t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo observador e refletido seja recebido pelo mesmo. • 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.
diapasão 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. • 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
A B 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:
VSom tSom A B d Solução - 3 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
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= 2680= 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 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