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FÍSICA
Professor: Alexandre Vicentini
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
19o Dia
(12/08/2019)
Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)
Curso Pré-Vestibular
Acústica
Acústica
Estuda as fontes das ondas sonoras e os fenômenos ondulatórios que
podem ocorrer durante a propagação dessas ondas.
Figura 1
Ondas Sonoras
Ondas Sonoras
A onda sonora é uma onda mecânica, tridimensional, longitudinal que
consiste na alternância regular de pressão num meio elástico (sólido,
líquido, gasoso ou um plasma).
𝒐 𝒔𝒐𝒎 𝒏ã𝒐 𝒔𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒂𝒈𝒂 𝒏𝒐 𝒗á𝒄𝒖𝒐
𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒂𝒓) ≅ 340 m/s
𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒔ó𝒍𝒊𝒅𝒐𝒔) > 𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐𝒔) > 𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔)
𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒎 𝒂𝒖𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒐𝒎 𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 e não depende da
pressão do gás Figura 2
Frequência Audível
A faixa média de frequências audíveis para um ouvido humano normal
varia de 20 Hz a 20.000 Hz.
Figura 3
Qualidades fisiológicas do
som
Altura do som
A altura do som está relacionada com sua frequência, ou seja, a altura
(tom) é a qualidade do som que permite ao ouvido distinguir um som
grave (baixa frequência) de um som agudo (alta frequência).
𝑓 = frequência [Hz]
Intervalo Acústico
i = f1
f2f2 > f1
𝐬𝐞 f2 > 2f1 → i = 2 (uma oitava)
i = intervalo acústico
Intensidade
É a característica do som que nos permite distinguir um som forte de um
som fraco e está relacionada com a energia transportada pela onda
que,
I = P
A
Figura 4I = intensidade [W/m2]
P = potência [W]
A = área [m2]
Intensidade Sonora
A intensidade sonora está associada àquilo que nós comumente
chamamos de volume.
I = Potência
ÁreaI =
Potência
4π𝑟2
𝐏 ∝ 𝐀𝟐
𝐈𝟎 = 𝟏𝟎−𝟏𝟐 w/𝒎𝟐 (limiar da audição) Figura 5r = distância até a fonte [m]
Nível Sonoro (N)
Mede a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema
auditivo humano.
O nível sonoro relativo (𝛽) relaciona a intensidade sonora de um som
com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir.
𝛽 = 10 logI
I0
𝛽 ≥ 𝟖𝟓 𝐝𝐁 (danos fisiológicos)
𝛽 = nível sonoro relativo [dB]
I = intensidade sonora de um som [W/m2]
I0 = intensidade sonora de referencia [W/m2]
𝛽 > 𝟏𝟐𝟎 𝐝𝐁 (limiar da dor)
Timbre
O timbre é uma qualidade sonora que permite distinguir dois sons de
mesma altura (mesma frequência) e mesma intensidade, emitidos por
instrumentos diferentes.
Figura 6
Exercícios
Cordas Vibrantes
Cordas Vibrantes
A velocidade de propagação de uma onda numa corda utilizando a
equação conhecida como Fórmula de Taylor.
𝑣 = T
μμ =
m
L
𝑣 = velocidade [m/s]
T = força tensora [N]
𝜇 = densidade linear [kg/m]
L = comprimento [m]
𝑚 = massa [kg]
Cordas Vibrantes
Os harmônicos de uma corda vibrante são as várias possíveis frequências
naturais das ondas estacionárias que surgem em cordas tensas.
Figura 7
𝜆 = comprimento de onda [m]
𝑓 = frequência [Hz]
L = comprimento da corda [m]
Tubos Sonoros
Tubos Sonoros Abertos
Ambas as extremidades são abertas, em cada uma delas devemos ter
ventres.
Figura 8
𝜆 = comprimento de onda [m]
𝑓 = frequência [Hz]
L = comprimento do tubo [m]
Tubos Sonoros Fechados
Devido às configurações (simetria) das ondas em seu interior, tubos
fechados só fornecem harmônicos ímpares.
Figura 9
𝜆 = comprimento de onda [m]
𝑓 = frequência [Hz]
L = comprimento do tubo [m]
Exercícios
Fenômenos Sonoros
Difração
Difração: consiste no fato de que, ao se propagar, um onda pode
contornar obstáculos
Ocorre com quando os obstáculos atingidos apresentam dimensões
inferiores às do comprimento de onda ou, pelo menos, da mesma
ordem de grandeza (variando de aproximadamente 17 mm até 17 m)
encontra grande facilidade .para se difratar
Figura 10
Reflexão de uma Onda
Reflexão: ocorre quando uma onda, ao se propagar, colide com um
obstáculo e retorna ao meio de origem.
Nesse caso, a frequência, a velocidade de propagação e o
comprimento de onda não se alteram.
Eco
O eco é uma reflexão de som que chega ao ouvinte pouco tempo
depois do som direto.
Assim, uma pessoa consegue ouvir o eco de sua própria voz se estiver
afastada do obstáculo refletor de, no mínimo, 17 m.
Figura 11
Reverberação
Quando o som sofre múltiplas reflexões e persiste depois que a fonte
deixou de emitir, ouvimos o que se chama reverberação.
vc mora em que bairro?
Figura 12
Ressonância
Quando a frequência da vibração forçada de um objeto se iguala à
frequência natural dele, ocorre um drástico aumento da amplitude. Esse
fenômeno é denominado ressonância.
Figura 13
Interferência
A superposição, também chamada interferência em alguns casos, é o
fenômeno que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram,
gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das amplitudes
cada onda.
Figura 14
Interferência e Batimento
Quando dois tons com frequências ligeiramente diferentes soam
simultaneamente, escuta-se uma flutuação no volume.
Essa variação periódica no volume do som escutado é denominada
batimento, e se deve à interferência.
Figura 15
Efeito Doppler
Efeito Doppler
Efeito Doppler é a alteração da frequência percebida pelo observador
em virtude do movimento relativo de aproximação ou de afastamento
entre fonte e observador.
Figura 16
Efeito Doppler
𝑓𝑎 = 𝑓.𝑣±𝑣0
𝑣±𝑣𝑓
𝑓𝑎 = frequência aparente [Hz]
𝑓 = frequência real da fonte [Hz]
𝑣 = velocidade do som [m/s]
𝑣0= velocidade do observador [m/s]
𝑣𝑓= velocidade da fonte [m/s]
Exercícios
Referências
Referências
Figura 1: https://infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/fundamentos/83-acustica
Figura 2: https://pt.wikipedia.org/wiki/Som#/media/Ficheiro:Representa%C3%A7%C3%A3o_da_Onda
_Sonora.png
Figura 3: http://www.aulas-fisica-quimica.com/8f_07.html
Figura 4: http://fisicaevestibular.com.br
Figura 5: http://pir2.forumeiros.com/t99145-intensidade-sonora
Figura 6: https://oliviamonteiro.wordpress.com/2013/02/19/caracteristicas-do-som-frequencia-amplitude-timbre/
Figura 7: http://fisicaevestibular.com.br
Figura 8: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Referências
Figura 9: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 10: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 11: http://fisicaevestibular.com.br
Figura 12: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
Figura 13: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ressonancia.htm
Figura 14: https://matrikablog.wordpress.com/2015/08/10/a-forca-da-interferencia-construtiva/
Figura 15: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São
Paulo: Saraiva, 2012.
Figura 16: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm