Apostila Ondas e Som

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<p>ESATER - CENTRO DE FORMAO TECNOLGICORua Baro de Cotegipe, n 916, Centro Feira de Santana/BATel. (75) 3225-9679</p> <p>ALUNO(A):CURSO/TURMA: RN 12.2/13.1</p> <p>DISCIPLINA: FsicaFACILITADOR(A): Fbio Rodrigo</p> <p>OndasIntroduoImagine que voc est em um estdio de futebol e seu time marca um gol quando o jogo est empatado. A torcida comea a fazer uma ola para comemorar a vitria parcial. Nessa forma de comemorao, os torcedores se levantam e voltam a se sentar alternadamente. Enquanto voc aguarda a sua vez de se levantar, pode perceber o movimento vertical dos torcedores caminhando em sua direo. Um fato que chama a ateno que nenhum torcedor sai do seu lugar. Essa uma caracterstica do movimento ondulatrio, ou seja, a propagao de uma perturbao (o movimento dos torcedores) sem que haja transporte de matria (os torcedores). A palavra ola vem do espanhol e significa onda.</p> <p>Propagao de um pulsoImagine que estamos segurando a extremidade de uma corda mantendo-a tensionada, sendo que a outra extremidade fica presa a uma parede (figura 1). Se fizermos um movimento brusco com a mo na direo vertical, veremos essa perturbao caminhar pela corda. Essa perturbao tambm chamada de pulso e uma reproduo do movimento da mo pelos pontos da corda. No entanto, o mais interessante que, apesar do movimento dos pontos da corda ocorrerem tambm na direo vertical, podemos ver o pulso caminhando com certa velocidade pela corda (figura 2) na direo perpendicular, como na ola.Podemos concluir da afirmao anterior que os pontos da corda no sofrem deslocamento na horizontal enquanto o pulso caminha por ela. Isso significa que, apesar de o pulso transportar a energia inicial dada pela mo, no transporta matria, pois os pontos da corda permanecem no mesmo lugar, como na ola.</p> <p>Onda como uma sequncia de pulsosSe fizermos uma sequncia de movimentos verticais com a mo, provocaremos uma srie de pulsos propagando-se ao longo da corda. Essa srie de perturbaes forma o que chamamos de onda. Por meio da figura 3 podemos observar algumas das caractersticas que definem uma onda:Os pontos mais altos dos pulsos, localizados na parte superior da linha horizontaltracejada, so chamados de cristas da onda, e os pontos mais baixos dos pulsos,na parte inferior da linha tracejada, so chamados de vales da onda.</p> <p>Classificao das ondas1. Em relao a natureza Ondas Mecnicas: so ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagao envolve o transporte de energia cintica e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto no capaz de propagar-se no vcuo. Alguns exemplos so os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfcies de lquidos. Ondas Eletromagnticas:so ondas geradas por cargas eltricas oscilantes e sua propagao no depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vcuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos so as ondas de rdio, de radar, os raios x e as microondas.</p> <p>2. Em relao a direo de vibrao Transversais:so aquelas que tm a direo de propagao perpendicular direo de vibrao como, por exemplo, as ondas eletromagnticas. Longitudinais:nessas ondas a direo de propagao se coincide com a direo de vibrao. Nos gases a onda se propaga dessa forma, por exemplo, o som.</p> <p>3. Em relao a direo de propagao Unidimensionais: propagam-se em uma nica dimenso; Ex.: Ondas numa corda</p> <p> Bidimensionais: propagam-se num plano; Ex.: Ondas na gua</p> <p> Tridimensionais: propagam-se em todas as direes.Ex.: Som</p> <p>Elementos de uma onda peridicaAo estudarmos uma onda, podemos verificar que existem fontes que produzem ondas constantemente. Essas ondas produzidas em constncia so denominadasondas peridicas, ou seja, so ondas que se repetem com intervalos de tempos iguais. Na figura abaixo temos um exemplo bsico de uma onda peridica se propagando em uma corda esticada.</p> <p>De acordo com a figura acima podemos ver alguns elementos importantes que esto associados a uma onda. Vejamos: Cristas: damos esse nome aos pontos mais elevados dos pulsos. Na figura acima as letrasA,BeC representam as cristas que oscilam em concordncia de fase. Vales: so os pontos mais baixos dos pulsos (pontosD,EeF) e, analogamente s cristas, esses pontos oscilam em concordncia de fase. Perodo: o intervalo de tempo em que cada ponto do meio por onde um pulso se propaga executa uma oscilao completa. O perodo representado pela letraT. Frequncia: o nmero de oscilaes completas que cada ponto do meio no qual a onda se propaga executa por unidade de tempo. A frequncia representada pela letraf,sendo esta inversamente proporcional ao perodo. Portanto, temos:</p> <p>No sistema internacional de unidades (SI), a unidade de frequncia ohertz (Hz),que vale 1 Hz = s-1. Comprimento de onda: representa a distncia percorrida pela onda em um intervalo de tempo de um perodo. O comprimento de onda representado pela letra (). Podemos ver na figura que o comprimento de onda corresponde distncia entre duas cristas ou vales consecutivos.A velocidade de propagao de uma peridica em um meio homogneo considerada uniforme e determinada pela seguinte equao:</p> <p>Fenmenos Ondulatrios Reflexo: A reflexo de uma onda ocorre aps incidir num meio de caractersticas diferentes e retornar a se propagar no meio inicial.</p> <p> Refrao: Denomina-se refrao a passagem de uma onda de um meio para outro de caractersticas diferentes (densidade, etc), ocorrendo uma mudana na sua frequncia. Difrao: o desvio sofrido por ondas ao passarem por um obstculo, tal como as bordas de uma fenda em um anteparo</p> <p> Interferncia: Podemos dizer que quando duas ou mais ondas chegam ao mesmo tempo a um ponto em comum de um meio, ocorre o fenmeno da interferncia</p> <p>A interferncia pode ser:Construtiva: Quando ocorre interferncia entre as cristas. Neste caso a onda resultante tem uma amplitude maior.</p> <p>Destrutiva: Quando ocorre interferncia entre a e o vale. A onda resultante tem uma amplitude menor (ou nula).</p> <p>SOMIntroduoO som uma Onda tridimensional mecnica longitudinal e produzido quando o ar sai dos pulmes, penetra na traqueia e chega laringe, onde se modifica ao passar pelas chamadas pregas vocais (ou cordas vocais). Quando as pregas vocais esto aproximadas, vibram passagem do ar, produzindo sons que so chamados de sonoros. Quando as pregas vocais esto relaxadas, o ar escapa sem essas vibraes. Chamamos estes sons de surdos.Os sons audveis peloouvidohumanotm uma frequncia entre 20 Hz e 20.000 Hz. Abaixo e acima desta faixa estoinfrassomeultrassom, respectivamente. Existem alguns animais, como o morcego, o cachorro e o gato, que possuem ouvidos sensveis ao ultrassom. J os elefantes e os hipoptamos, por exemplo, possuem ouvidos sensveis ao infrassom.Uma caracterstica do som a sua velocidade de propagao. A velocidade de propagao de uma onda sonora no depende da sua frequncia, mas, sim, exclusivamente, do meio em que ela se propaga.</p> <p>Propriedades fisiolgicas do somO som produzido por corpos quando colocados em vibrao. Essa vibrao se transfere no ar de molcula a molcula at alcanar nossos ouvidos. As principais caractersticas do som so: intensidade, timbre e altura.</p> <p> Altura uma caracterstica do som que nos permite classific-lo em grave ou agudo. Geralmente os homens tm voz mais grave e as mulheres voz aguda, ou seja, voz grossa e fina, respectivamente. Essa propriedade do som caracterizada pela frequncia da onda sonora. Um som com baixa frequncia dito som grave e o som com altas frequncias dito som agudo. Dessa forma, podemos concluir que a voz masculina tem menor frequncia que a voz feminina.</p> <p> Intensidade uma caracterstica do som que est relacionada energia de vibrao da fonte que emite as ondas, permite ao ouvinte distinguir se o som fraco (baixa intensidade) ou se o som forte (alta intensidade). Essa propriedade do som caracterizada pela amplitude da onda sonora.</p> <p> Timbre a caracterstica sonora que permite distinguir sons de mesma frequncia e mesma intensidade, desde que as ondas sonoras correspondentes a esses sons sejam diferentes. Por exemplo: dois aparelhos musicais, violo e violino, por exemplo, podem emitir sons com a mesma frequncia, mas com timbres diferentes, pois as ondas sonoras possuem formas diferentes. Essa propriedade est relacionada com a forma da onda.</p> <p>Fenmenos AcsticosTodos os conceitos que foram estudados a respeito deondas(como, por exemplo, propagao, natureza, refrao, reflexo, etc.) so vlidos tambm para o estudo das ondas sonoras. Vamos dar ateno maior a alguns fenmenos particulares que esto relacionados diretamente audio das ondas sonoras refletidas. Os fenmenos so oreforo, areverberaoe oeco.A sensao auditiva que sentimos em nosso ouvido quando ouvimos um barulho equivale a uma onda sonora que permanece nele por aproximadamente 0,1 segundos. Esse intervalo de tempo de sensao auditiva denominado tempo depersistncia auditiva. Caso outra onda sonora atinja nosso ouvido dentro desse intervalo de tempo, no saberemos distinguir o segundo som do primeiro.Vejamos a figura ao lado: nela estamos considerando uma fonte sonora, um ouvinte e uma parede (que pode refletir as ondas sonorasO intervalo de tempo entre as recepes das duas ondas ser igual a t = t1 t2. Dependendo do valor desse intervalo de tempo, perceberemos um dos trs fenmenos:reforo,reverberaooueco.</p> <p> Quando t = 0, as duas ondas sonoras sero recebidas quase simultaneamente pelo ouvido, e este perceber um som mais intenso, ocorrendo, ento, o fenmeno denominadoreforodo som.</p> <p> Se o obstculo estiver mais afastado, de modo que o intervalo de tempo entre a chegada das ondas no seja desprezvel, mas seja menor que o tempo de resoluo de nossa orelha, 0,1 s, ento, quando da chegada da onda refletida, o som direto ainda estar persistindo na orelha do ouvinte, que ter a sensao de um prolongamento da sensao auditiva. Tal fenmeno recebe o nome dereverberaodo som.</p> <p> Se o obstculo estiver ainda mais afastado, ento as duas ondas sonoras atingiro o ouvido com um intervalo de tempo maior ou igual a 0,1 s, e o ouvinte perceber distintamente os dois sons. Nesse caso, o fenmeno denominadoeco.</p> <p> Efeito Doppler: Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora fixa, a frequncia do som do ouvido maior do que aquela de quando a pessoa se afasta da fonte.O mesmo resultado seria obtido se a fonte se aproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada. Voc pode observar esse fenmeno ouvido o apito de uma locomotiva em movimento. O apito mais grave (frequncia menor) quando est se afastando, aps ter passado por voc. Observe que, quando h aproximao entre o observador e a fonte, o observador recebe maior nmero de ondas por unidade de tempo e, quando h afastamento, recebe um menor nmero de ondas:</p> <p>Essa variao aparente da frequncia de onda chamada efeito Doppler, em homenagem ao fsico e matemtico austraco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficou clebre por esse principio.Denominando f a frequncia recebida pelo observador e f a frequncia emitida pela fonte, temos: Aproximao: f &gt; f (som agudo) Afastamento: f &lt; f (som grave)</p> <p>Velocidade do SomA velocidade do som depende do meio no qual se propaga. Sendo que:VSlido &gt; VLquido &gt; VGases</p>