ACÚSTICAACÚSTICA

O que você deve saber sobre

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.

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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.

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:

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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

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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 misturasde frequências.

II. Propriedades fisiológicas do som

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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.

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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.

III. Fenômenos ondulatórios

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Interferência sonora

Ocorre quando duas ondas sonoras se

superpõem. Se têm mesma amplitude e frequências muito próximas, ocorre o chamado batimento.

III. Fenômenos ondulatórios

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:

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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.

III. Fenômenos ondulatórios

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LEV

EN

T K

ON

UK

/SH

UTTER

STO

CK

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:

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OndasClique na imagem para ver a animação.

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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:

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Tubos sonoros

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V. Efeito Doppler

Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões delessão totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por:

Tubos sonoros

V. Efeito Doppler

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,...}

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(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.

RESPOSTA: DO som é uma onda mecânica e, portanto, necessita de um meio material para se propagar (por exemplo, o ar).

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(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.

RESPOSTA:Sabendo que x = 10 mm = 0,01 m, pela equação fundamental da ondulatória temos:v = λf 340 = 0,01 . ff = 34.000 HzComo f > 20.000 Hz, o ser humano não é capaz de ouvir esse som. Mas como f < 50.000 Hz, os cães o ouvem.

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ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

(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.

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RESPOSTA: A

ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

(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.

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RESPOSTA: E

ACÚSTICA – NO VESTIBULAR

(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.

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RESPOSTA: B

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