Ficha do professor Domí nio - Ondas e electromagnetismo

AL 2.1. CARACTERÍSTICAS DO SOM

Autora: Fernanda Neri TI-Nspire

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Palavras-chave:

Sons harmónicos; Sons complexos; Frequência; Amplitude; Período; Especto sonoro

Ficheiros associados:

Característica do som_atividade_aluno; Caraterísiticas do som_atividade_professor; características do som tns

1. Objetivo Geral

Investigar características de um som (frequência, intensidade, comprimento de onda, timbre) a partir da observação de

sinais elétricos resultantes da conversão de sinais sonoros.

2. Metas Especí ficas

1. Identificar sons puros e sons complexos.

2. Comparar amplitudes e períodos de sinais sinusoidais.

3. Comparar intensidades e frequências de sinais sonoros a partir da análise de sinais elétricos.

4. Medir períodos e calcular frequências dos sinais sonoros, compara-los com valores de referência e avaliar a sua exati-

dão.

5. Identificar limites de audição no espetro sonoro.

6. Medir comprimentos de onda de sons.

3. Comenta rios

Para esta atividade não deve haver muito barulho na sala de aula.

Para melhor aquisição de dados deve percutir primeiro o diapasão e depois proceder á recolha de dados.

Para identificar os limites de audição dos seus alunos ligue o gerador de sinais a um altifalante e gere o sinal dentro da banda audível do ouvido humano e peça aos alunos que indiquem a partir de quando deixam de ouvir levantando o bra-ço.

O documento “Características do som.tns”permite ao professor avaliar rapidamente o que os alunos aprenderam ao efectuarem esta atividade.

4. Material

Unidade portátil TI-Nspire ou PC com software TI-Nspire

Lab Cradle

Sensor de som

Diapasões com diferentes frequências e caixa de ressonância.

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Martelo de diapasão

Gerador de sinais

Altifalante

5. Procedimento

1. Ligue o Lab Cradle à unidade portátil.

2. Abra um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest.

3. Ligue o sensor ao Lab Cradle, este nomalmente é automaticamente

identificado.

4. Coloque o sensor de som na caixa de ressonância.

5. Dê uma batida no diapasão e pressione a tecla verde de modo a iniciar

a recolha de dados.

6. Pressione e batendo no martelo com maior intensidade regista o novo

conjunto de dados.

6. Resultados

Desloque o cursor de modo a encontrar o

tempo de dois máximos consecutivos para

determinar o período.

7. Com outro diapasão com uma frequência diferente (repitea os procedimentos 4, 5 e 6).

8. Com um gerador de sinais ligado a altifalante gere um sinal de frequência 20 Hz e aumenta o valor até atingir os

20000Hz, registe o valor em que os seus alunos começaram a deixaste de ouvir.

9. No microfone peça aos alunos que emitam o som de uma vogal e comparem com o som produzido pela mesma vogal

prenunciada por outros colegas.

De modo a minimizar o erro faça o mesmo proce-

dimento para mais dois pares de máximos con-

secutivos.

7. Ca lculos

1. A partir dos tempos registados para três conjunto de máximos consecutivos. Para cada diapasão determine:

1.1. O período médio.

1.2. A frequência.

1.3. A exactidão do resultado obtido.

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2. Faça o calculo estatístico do gráfico obtido para essa onda (regressão sinusoidal) e a partir da expressão obtida indique:

2.1. A frequência do diapasão.

2.2. A amplitude da onda.

2.3. A exactidão do resultado obtido.

3. Se o som no ar se propaga com uma velocidade de aproximadamente 340 ms-1 indique o comprimento de onda dessa

onda sonora produzida pelo som do diapasão.

7. Concluso es

O período e a frequência de uma onda só dependem do período de oscilação da fonte emissora, por isso se percutirmos um

diapasão de 400Hz com maior intensidade estas características não se alteram.

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AL 2.1. CARACTERÍSTICAS DO SOM

Autora: Fernanda Neri TI-Nspire

1

Objetivo Geral

Investigar características de um som (frequência, intensidade, comprimento de onda, timbre) a partir da observação de sinais

elétricos resultantes da conversão de sinais sonoros.

1. Metas Especí ficas

1. Identificar sons puros e sons complexos.

1. Comparar amplitudes e períodos de sinais sinusoidais.

2. Comparar intensidades e frequências de sinais sonoros a partir da análise de sinais elétricos.

4. Medir períodos e calcular frequências dos sinais sonoros, compará-los com valores de referência e avaliar a sua exati-dão.

5. Identificar limites de audição no espetro sonoro.

6. Medir comprimentos de onda de sons.

3. Preve

1. Se percutirmos dois diapasões com a mesma frequência o que poderá variar na representação gráfica da onda gerada?

2. Inúmeros filmes de fição científica com cenas de guerras espaciais, como "Guerra nas Estrelas" exibem grandes explosões

com estrondos impressionantes, além de efeitos luminosos espetaculares a ocorrer no espaço interplanetário. Contudo

no filme "2001, uma Odisséia no Espaço", não apresenta esses efeitos sonoros.

O que terá levado os produtores cinamatográficos a retirar esses efeitos sonoros tão espetaculares?

2. Introduça o Teo rica

Os sons resultam de vibrações produzidas por uma fonte, designada por fonte sonora. Ao número de vibrações que se efe-

tua por unidade de tempo damos o nome de frequência.

Quando percutimos um diapasão, ou pressionamos a tecla de um piano, podemos sentir que há uma vibração. O som pro-

duzido propaga-se através de ondas que são reconhecidas pelos detetores de som como os nossos ouvidos ou um microfo-

O som é uma onda de pressão porque num dado ponto a pressão do ar varia com o tem-

po. Graficamente é possível representar a variação da pressão do ar num ponto em fun-

ção do tempo. Sendo a amplitude a diferença máxima entre a pressão nesse ponto e a

pressão de equilíbrio.

As ondas são caracterizadas pela frequência, período e velocidade de propagação (num

dado meio). Quando a oscilação se repete em intervalos de tempo constantes, o sinal

gerado é um sinal harmónico ou sinusoidal se puder ser escrito pela função

y= A sin (2 π f t)

Em que y é a elongação (afastamento em relação à posição de equilíbrio) no instante t, A é a amplitude (Valor máximo da

grandeza física associada à onda em relação à situação de equilíbrio) e f é a frequência.

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4. Material

Unidade portátil TI-Nspire

Lab Cradle

Sensor de som

Diapasões com diferentes frequências e caixa de ressonância

Martelo de diapasão

5.Procedimento

1. Liga o Lab Cradle à unidade portátil.

2. Abre um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest.

3. Liga o sensor ao Lab Cradle que é automaticamente identificado.

4. Coloca o sensor de som na caixa de ressonância.

5. Dá uma batida no diapasão e pressiona a tecla verde de modo a iniciar a

recolha de dados.

6. Pressiona e percutindo o diapasão com uma pancada mais forte regista o

novo conjunto de dados.

7. Com outro diapasão com uma frequência diferente (repete os procedimentos 4,

5 e 6).

3. O que distingue um som da mesma frequência obitdo por um diapasão e por uma guitarra?

4. Se usarmos um diapasão com uma frequência de 440 Hz, qual será o período da onda por ele gerada?

Será que se pode prever o valor da amplitude?

6. Resultados Desloca o cursor de modo a encontrares o intervalo de tempo de dois conjuntos de

máximos consecutivos para determinares o período.

De modo a minimizar o erro repete o procedimento para mais dois pares de máximo

consecutivos.

8. Com um gerador de sinais ligado a um altifalante gera um sinal de frequência 20 Hz e aumenta o valor até atingir os

20000 Hz, regista o valor em que deixaste de ouvir.

9. No microfone emite o som de uma vogal e compara com o som produzido pela mesma vogal pronunciada por outros

colegas do grupo.

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8.Reflete

1. Compara os valores das amplitudes obtidas para o mesmo diapasão quando percutido com intensidades diferentes.

2. Quando tocas a mesma nota musical com instrumentos diferentes o som produzido é diferente porquê?

3. Avalia a exatidão dos resultados obtidos por cada um dos processos.

7.Ca lculos

1. Considera os instantes registados para três conjuntos de máximos consecutivos. Para cada diapasão determina:

1.1. O período médio.

1.2. A frequência média.

1.3. A exactidão do resultado obtido.

2. Faz regressão sinusoidal que se ajusta aquele conto de pontos e a partir da expressão obtida indica:

2.1. A frequência do diapasão.

2.2. A amplitude da onda.

2.3. A exatidão do resultado obtido.

3. Se o som no ar se propaga com uma velocidade de aproximadamente 340 ms-1 indica o comprimento de onda dessa on-

da sonora produzida pelo som do diapasão.